С помощью компьютерного зрения научились обнаруживать места для связывания лекарств в фармакологических мишенях — Naked Science
Сколтех

С помощью компьютерного зрения научились обнаруживать места для связывания лекарств в фармакологических мишенях

4.3

Ученые из группы iMolecule Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных (CDISE) разработали алгоритм машинного обучения для поиска у белков сайтов связывания с лекарствами – потенциальных лекарственных мишеней. Алгоритм BiteNet за полторы минуты может проанализировать тысячу белковых структур и найти оптимальные места для присоединения лекарственных молекул.

Прогнозы BiteNet для мономерной и олигомерной структуры рецептора P2X3 / ©www.nature.com

Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Biology. Мишенями лекарственных препаратов обычно служат белки – молекулы, контролирующие большинство биологических процессов. Для оказания терапевтического эффекта лекарства связываются с белками в определенных местах – сайтах связывания.

Способность соединяться с лекарством определяется аминокислотной последовательностью участка и его пространственной структурой. Сайты связывания – настоящие «горячие точки» фармакологии. Чем больше известных сайтов связывания, тем больше возможностей для создания новых более эффективных и безопасных лекарств.

Аспирант Сколтеха Игорь Козловский и старший преподаватель Сколтеха (CDISE) Петр Попов разработали новый вычислительный подход для пространственно-временного обнаружения сайтов связывания у белков. Метод основан на применении к белковым структурам, которые позиционируются как 3D-изображения, алгоритмов глубокого обучения и компьютерного зрения.

Новая технология позволяет детектировать даже сайты, которые сложно обнаружить: например, ученым удалось обнаружить сайты связывания, которые скрыты в экспериментальных атомарных структурах или формируются несколькими белковыми молекулами, для рецептора, соединяющегося с G белком и эпителиального фактора роста, – одними из важнейших лекарственных мишеней, в случае онкологических заболеваний.

Схематическое изображение рабочего процесса BiteNet / ©www.nature.com

По словам руководителя исследования Петра Попова, геном человека насчитывает порядка 20 000 различных белков, однако лишь малая часть из них ассоциируется с фармакологической мишенью. «Наш подход позволяет исследовать белок на наличие сайтов связывания для лекарственно-подобных соединений, таким образом позволяя расширить набор фармакологических мишеней. Кроме того, успех начального этапа поиска лекарственных препаратов на основе структуры (structure-based drug discovery) сильно зависит от выбранной атомарной структуры белковой мишени.

Работа со структурой, в которой сайт связывания закрыт для лекарства или отсутствует, может привести к неудаче. Наш метод позволяет анализировать большое количество структур одного белка и находить наиболее подходящую для данного этапа», – рассказывает Попов.

По словам первого автора исследования, аспиранта Сколтеха Игоря Козловского, BiteNet превосходит существующие аналоги по скорости и точности: «BiteNet основан на компьютерном зрении. Мы представляем белковые структуры в качестве изображений, а сайты связывания в роли объектов, которые мы ищем на этих изображениях. Одну пространственную структуру мы можем проанализировать за 0,1 секунд, а за 1,5 минуты оценить 1000 изображений – тысячу белковых структур, по 2000 атомов в каждой».

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.
Вчера, 14:06
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

Вчера, 15:26
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: