В Новосибирской области рассмотрели «нутро» новых вирусов, передаваемых клещами

Ученые ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» провели исследование, в ходе которого определили строение белков трех недавно обнаруженных вирусов. Они переносятся клещами и вызывающих у людей различные симптомы, такие как лихорадка, снижение уровня тромбоцитов и лейкоцитов в крови, а также нарушения в работе печени. Новосибирские исследователи разработали специальную программу, которая дает возможность многократно ускорить процесс уточнения и подтверждения структуры белков. Она будет доступна и открыта для бесплатного пользования для всех исследователей.

Знание структуры белков необходимо для понимания функционирования живых организмов, механизмов развития заболеваний, создания эффективных лекарств и вакцин. Определение структуры белка — это длительный, трудоемкий и дорогостоящий процесс. Эксперименты на источниках синхротронного излучения позволяют с высоким разрешением установить структуру белка с помощью рентгеноструктурного анализа, однако для этого необходимо вырастить кристаллы, что не всегда возможно для всех белков. Еще одним методом исследования белков является малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР). С его помощью можно изучать белки в растворе и получать их примерную форму, не имея точного понимания расположения атомов в молекуле биополимера. Оптимальный вариант — сопоставить структуры, предсказанные нейросетями, с данными эксперимента МУРР и выбрать наиболее приближенный к реальности.

«Белки — это большие молекулы, они могут иметь совершенно разные формы — вытянутые, шарообразные, изогнутые, в форме сердечка и так далее. Задача разработанной программы — преобразовать предсказанные нейросетью структуры в тот же формат, который мы получаем в ходе эксперимента МУРР и в итоге получить форму белка. После чего мы можем сравнить форму молекулы белка, определенную исходя из экспериментальных данных, с результатами, полученными с помощью нейросетей, чтобы выбрать наиболее вероятную структуру», — рассказывает автор программы, сотрудник ЦКП СКИФ Антон Ведькал.

Ученые провели компьютерное моделирование для анализа траекторий движения атомов в исследуемых белках трех новых вирусов и определили формы этих молекул методом МУРР в Шанхайском центре синхротронного излучения (SSRF). Далее при помощи трех нейросетей AlphaFold, RoseTTAFold, Chain-1 были предсказаны варианты структур белков, однако количество кандидатов было более сотни, кроме того, результаты, выдаваемые ИИ-модулями, требуют подтверждения другими методами. С помощью разработанной программы ученые преобразовали структуры в кривые МУРР, что позволило сравнить экспериментальные данные с предсказанными структурами. В результате проведенной работы был предсказан набор третичных структур белков. Полученные данные позволят лучше разобраться в жизненном цикле исследуемых вирусов.

Кроме того, разработанная учеными программа поможет биологам определять структуры любых макромолекул в растворе, что значительно ускорит процесс разработки эффективных лекарственных препаратов и вакцин.