• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
25.08.2022, 13:29
Сколтех
1,0 тыс

Биоинформатики избавились от лишнего шага в анализе стабильности белков

❋ 4.6

Исследователи из Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха сравнили, как разные методы предсказания структуры белка влияют на дальнейшую оценку его стабильности после мутации. Оказалось, что одинаковый результат дают как экспериментально полученная трехмерная структура близкого по последовательности белка, так и предсказанная искусственным интеллектом структура исследуемого белка. А вот попытка предсказать структуру интересующего ученых белка на основе известной строения его «родственника» только ухудшает предсказание. Это упростит исследователям предварительные вычисления при оценке изменения стабильности вследствие мутаций.

Биоинформатики избавились от лишнего шага в анализе стабильности белков / ©Getty images / Автор: Сергей Данилов

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Bioinformatics. В биологических экспериментах ученые часто имеют дело с мутантными белками: например, при исследовании их структуры и функций, изучении биологических процессов в клетках, белковой инженерии.

Известно, что мутации могут изменять структуру и влиять на их стабильность. Поскольку эксперимент — очень трудоемкий и дорогостоящий процесс, ученые разрабатывают вычислительные методы для оценки влияний мутаций на стабильность. Однако для их применения необходимо знать трехмерную структуру белка.

Далеко не для всех белков трехмерная структура определена экспериментально, и велика вероятность, что для интересующего исследователей белка структура еще не известна. В таком случае на помощь могут прийти доступные 3D-модели «ближайших родственников» — гомологов — этого белка, поскольку известно, при какой степени сходства аминокислотной последовательности трехмерная структура белков также будет хорошо совпадать. Решение — сначала предсказать структуру исследуемого белка, взяв за основу известную структуру его гомолога, а потом рассчитать влияние мутаций для такой предсказанной модели.

В 2021 году в области предсказания структуры белков случился прорыв, и у ученых появилась альтернатива. Вместо предсказания трехмерной структуры по гомологии стало возможно воспользоваться программой на основе искусственного интеллекта AlphaFold, которая предсказывает структуру белка «с нуля» — по аминокислотной последовательности, и уже «справилась» с подавляющим большинством известных на сегодняшний день белков.

Четыре пути предсказания изменения стабильности белка после мутации: (А) по структуре исходного белка; (B) по структуре его гомолога; (C) по структуре исходного белка, предсказанной на основе структуры голомолга, и (D) по структуре, предсказанной искусственным интеллектом на основе аминокислотной последовательности / ©Пресс-служба Сколтеха

В новой работе ученые из Сколтеха задались вопросом, какой из этих подходов работает лучше для предсказаний изменений стабильности вследствие мутаций? Несмотря на высокую степень достоверности предсказаний AlphaFold, экспериментальное определение структуры белка остается «золотым стандартом».

Чтобы сравнить оба подхода, исследователи воспользовались семью различными методами для оценки изменения стабильности и сравнили их показатели для AlphaFold и I-Tasser — лучшего алгоритма предсказания структуры по гомологии. Дополнительно биологи проверили, можно ли пропустить шаг с предсказанием структуры по гомологии — и проводить расчеты стабильности для известной структуры гомологичного белка.

«Мы решили выяснить, насколько тот факт, что мы взяли не реальную структуру белка, а “соседнюю”, отклоняет нас от правильного предсказания изменений стабильности. И оказалось, что дополнительный шаг — предсказание структуры белка по гомологии — только ухудшает результат.

Мы показали, что фактически нет разницы между тем, использовать ли определенную экспериментально структуру гомолога или предсказанную искусственным интеллектом AlphaFold структуру исследуемого белка. Отчасти это валидационная работа: вот, у ученых появились новые инструменты, но можно ли ими пользоваться? Сначала нужно проверить, действительно ли этот инструмент хорошо работает для нашей задачи. Такой анализ мы и провели», — рассказывает Марина Пак, аспирантка Сколтеха и первый автор исследования.

«Из-за ажиотажа вокруг успехов AlphaFold некоторые ученые и неспециалисты считают, что сейчас любая задача вычислительной биологии, касающаяся исследования белков, тем самым решена. Но это не так. Скажем, предсказание изменения стабильности вследствие мутации остается на очень невысоком уровне достоверности. При этом изменение стабильности — один из ключевых параметров, который влияет на уровень активности белка. И если бы был инструмент, который однозначно говорит о том, как изменится стабильность белка из-за мутации — это помогло бы и при планировании эксперимента, и при интерпретации результатов.

Допустим, у нас есть белок, который не оптимален по стабильности. И мы хотим найти мутации, которые стабилизируют его под желаемые условия — например, чтобы он оставался активным при высокой температуре. Когда мы сможем делать это полностью вычислительно, подход к редизайну и оптимизации белков кардинально изменится», — заключает Дмитрий Иванков, старший преподаватель Сколтеха и руководитель исследования.

Несмотря на то, что задача предсказания изменения стабильности выглядит проще, чем предсказание трехмерной структуры, пока она не под силу даже искусственному интеллекту. Одна из проблем — ограниченный объем данных для обучения: в то время как в распоряжении AlphaFold было почти две сотни тысяч белковых структур для обучения, экспериментальные данные по изменению стабильности измеряются тысячами, причем относятся они всего к нескольким десяткам уникальных белков. С увеличением объема данных и повышением интереса исследователей к этой задаче в ближайшем будущем удастся совершить прорыв, надеются авторы работы.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
10 марта, 08:45
Татьяна Зайцева

Пандемия чумы, охватившая Европу в середине XIV века, уничтожила, по меньшей мере, треть населения континента. Помимо прочего, это привело к массовому упадку сельского хозяйства и зарастанию полей. Но, хотя дикая природа вступила в свои права, вместе с численностью населения резко упало и разнообразие растений. Такие парадоксальные результаты показало новое исследование.

10 марта, 11:43
Любовь С.

Старение больше не кажется необратимым процессом: эпигенетические часы можно частично «отмотать» назад. Звучит здорово, но есть нюанс — вмешательство в программы клеточной идентичности затрагивает механизмы, которые эволюция выработала для защиты от рака. Получается парадокс: чем убедительнее работают методы омоложения, тем острее встает вопрос об их безопасности. Но действительно ли риск неизбежен?

8 марта, 10:58
Татьяна Зайцева

Согласно гипотезе о так называемой Еврогондване, в эпоху динозавров Европа, как часть северного суперконтинента Лавразия, еще не полностью отделилась от южного суперконтинента Гондвана и животные могли свободно мигрировать между Европой и Африкой. Однако новый анализ найденных в Венгрии костей первобытного крокодила показал, что его сходство с гондванскими видами обусловлено не близким родством, а схожим образом жизни.

5 марта, 08:10
Александр Березин

Одна сторона сыплет более дорогими и сложными баллистическими ракетами, другая — относительно дешевыми крылатыми. Но при этом первая на порядок беднее второй. А что у них с технологическим уровнем для наземной войны, и почему, кстати, глава второй избегает даже самого этого слова? Попробуем разобраться в реальных возможностях военных машин сторон потенциально самого опасного конфликта 2026 года.

6 марта, 16:13
Губкинский университет

Запасы лития в России требуют переоценки и могут оказаться в разы выше, чем считалось до 2025 года. Об этом говорится в исследовании «Состояние ресурсной базы критически важных металлов и элементов для развития современных технологий», подготовленном учеными РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина.

6 марта, 13:26
ФизТех

Российские ученые из МФТИ с коллегами из Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН и Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН разработали инновационный метод для расчета равновесного распределения несмешивающихся жидкостей в пористой среде. Результаты применения этого метода можно использовать в разработках по повышению нефтеотдачи и гидрологии, а также геологического СО2-хранения.

12 февраля, 07:52
Адель Романова

Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.

3 марта, 14:06
Александр Березин

В ноябре 2025 года при взлете российской ракеты с Байконура к МКС с существенной высоты упала кабина обслуживания 8У216. Поскольку в 2010-х годах из экономии средств у нас отказались от дублирования стартовых площадок, это создало ситуацию временной невозможности пилотируемых полетов. Теперь, всего через три месяца после происшествия, «Роскосмос» смог решить проблему, поставив запасную кабину обслуживания, найденную на складах Минобороны. Весенние пуски к МКС, запланированные ранее, теперь имеют шансы пройти в срок.

12 февраля, 08:19
Полина Меньшова

«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно