«Новый подход позволяет моделировать взаимодействия белков на уровне генома. Это приведет к лучшему пониманию того, как функционируют наши клетки и позволит разрабатывать лекарства от болезней, вызванных „ошибочными“ белковыми взаимодействиями», — говорит Дмитрий Козаков, профессор университета Стони Брук и адъюнкт-профессор МФТИ.
Чтобы из всевозможных вариантов расположения двух больших молекул относительно друг друга получить такой, который существует в реальном мире, ученые решают следующую задачу: даны два белка с известной структурой. Необходимо предсказать, как будет выглядеть их «стыковка». Это так называемый метод жесткой стыковки, когда строение элементов задано и надо собрать из них выгодную конфигурацию. В научной терминологии такая задача называется «белок-белковый докинг».
На первый взгляд задача кажется простой и понятной: собрать такую структуру белков — дело техники, почти то же самое, что собрать детский конструктор. Но, по словам ученых, если провести аналогию с тем же LEGO, вычислительную сложность такой операции можно сравнить с составлением всех возможных пар из 10000 начальных блоков конструктора.
Получен белок, вызывающий смерть раковых клеток
Кейсы
Идея исследователей состояла в том, чтобы представить белки как сочетание «квантовых поверхностей» — некоторых блоков, описываемых математическим аппаратом квантовой механики. Такой подход позволяет одновременно рассчитывать взаимодействие многих пар белковых участков между собой, а не оценивать каждую пару независимо. Новый метод может работать до 100 раз быстрее лучших из существующих ранее, при этом оставаясь точным. По словам ученых, такая программа «считается» 15 минут на персональном компьютере и является серьезной альтернативой экспериментальным методикам определения белковых взаимодействий.
«В обычной клетке осуществляются тысячи различных белковых взаимодействий. Объяснение этих взаимодействий помогает описывать важные процессы: работу организма в целом и методов лечения некоторых заболеваний (например, рака)», — комментирует исследование Козаков.