Proveržis baltymų modeliavimo srityje: Berlyno mokslininkai iš esmės keičia metodą!

Proveržis baltymų modeliavimo srityje: Berlyno mokslininkai iš esmės keičia metodą!

2025 m. liepos 18 d. tarptautinė tyrimų grupė, vadovaujama prof. dr. Cecilia Clementi iš Nemokamas Berlyno universitetas novatoriškas straipsnis žurnaleGamtos chemija, kuris kelia sumaištį mokslo pasaulyje. Straipsnyje pristatomas naujas modelis, leidžiantis tiksliai ir efektyviai modeliuoti baltymus – žymiai greičiau nei įprastiniai molekulinės dinamikos modeliavimai.

Iššūkis tikroviškai pavaizduoti baltymų lankstymą ir dinamiką egzistuoja daugiau nei 50 metų. Tyrėjai naudojo gilų mokymąsi, kad sukurtų sistemą, atitinkančią visų atomų baltymų modeliavimą. Naujai sukurtas modelis CGSchNet naudoja grafinį neuroninį tinklą, kad išmoktų efektyvią dalelių sąveiką. Šie novatoriški metodai atveria daug žadančių pritaikymų kuriant vaistus ir antikūnų terapiją nuo vėžio ir kitų ligų.

Baltymų modeliavimo pažanga

Modelis orientuotas į dinaminį baltymų sulankstymo procesą, įskaitant tarpines būsenas, kurios vaidina svarbų vaidmenį netinkamai sulankstyti, pavyzdžiui, amiloidams. Jis imituoja perėjimus tarp sulankstytų būsenų, kurios yra labai svarbios baltymų funkcijai. Reikšminga šio modelio pažanga yra galimybė tiksliai numatyti ilgaamžes sulankstytų, išsiskleidusių ir netvarkingų baltymų būsenas.

Viena iš labiausiai pastebimų CGSchNet modelio savybių yra galimybė numatyti santykinį sulankstytų baltymų mutantų stabilumą, kurio ankstesniais metodais nepavyko pasiekti. Prof. dr. Cecilia Clementi, anksčiau dirbusi chemijos ir fizikos profesore Rice universitete Hiustone, Teksase, stiprina teorinės ir skaičiavimo biofizikos tyrimus Berlyno laisvajame universitete. Jų darbą remia Einšteino profesijos, padedančios Berlyno universitetams ir Charité derybose dėl paskyrimo ar rezidencijos.

Išsamūs duomenys ir modeliai

Tyrime buvo naudojami išsamūs duomenų rinkiniai. Etalonamajame duomenų rinkinyje yra 1 262 tikslai ir jis apima daugybę baltymų struktūrų, įskaitant 717 vieno domeno baltymų, 257 naujai paskelbtus taikinius ir 288 taikinius iš CASP 8–14. Šie duomenų rinkiniai buvo paruošti siekiant pašalinti perteklius ir pakoreguoti sekos tapatumą iki <30%.

Human Protome duomenų rinkinys apima 20 595 baltymus ir leidžia diferencijuoti vieno domeno ir kelių domenų baltymų analizę. Iš jų buvo prognozuota 19 512 baltymų, o tai gali turėti didelę reikšmę prognozuojant struktūrą. Be to, į tyrimą buvo integruotas D-I-TASSER dujotiekis, kuriame naudojamas hibridinis proteonų struktūros prognozavimo metodas.

Šis dujotiekis atlieka visus žingsnius nuo gilaus MSA generavimo iki sriegimo šablono identifikavimo iki struktūrinio tobulinimo ir modelio įvertinimo. Šiuolaikinių algoritmų ir technologijų, tokių kaip „DeepPotential“ ir „AttentionPotential“, naudojimas iliustruoja naujovišką darbo pobūdį.

Tyrimo rezultatai gali būti perkeliami į įvairius baltymus, nepriklausančius specifiniam mokymo duomenų rinkiniui, o tai pabrėžia modelio svarbą biocheminiams tyrimams. Tyrime sukurtų metodų taikymas gali turėti didelių pasekmių baltymų tyrimų ir vaistų kūrimo ateičiai. Daugiau informacijos rasite išsamiame leidinyje Gamta rasti.