27.10.2020
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.
Позавчера, 20:11
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

Позавчера, 12:28
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

Вчера, 10:39
Александр Березин

Когда полвека назад гибель динозавров объяснили падением астероида, это вызвало массовое неприятие, длившееся десятилетия. Открытие кометы, взрыв которой принес тысячелетнее похолодание в начале голоцена, привело к спорам в научной среде, которые идут до сих пор. Теперь множеству атак подверглось и открытие астероида, уничтожившего Содом. Отчего многим исследователям так трудно поверить в астероидные взрывы и о каких узких местах в современной науке это может говорить?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

Позавчера, 20:11
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

Позавчера, 12:28
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

Понятно
Лучшие материалы
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
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: