МОСКВА, 28 января. /ТАСС/. Исследователи из России разработали подход, позволяющий применять «нобелевскую» нейросеть AlphaFold для прогнозирования структуры и свойств больших белковых комплексов. Этот алгоритм позволил ученым расширить представления о возможных вариациях в структуре ферментов из класса АТФ-синтаз, играющих ключевую роль в обеспечении клеток энергией. Об этом сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.
«Самое неожиданное в наших результатах — это предсказание существования в природе микроорганизмов с очень крупным с-кольцом у АТФ-синтаз, в котором может быть до 27 повторяющихся субъединиц! Ранее в экспериментах ученые находили максимум 17 субъединиц. Моделирование методом молекулярной динамики подтверждает результаты этих предсказаний», — отметил аспирант Физтех-школы физики МФТИ (Долгопрудный) Степан Осипов.
До недавнего времени ученые могли получать сведения по трехмерной структуре белков лишь при помощи очень трудозатратных и дорогостоящих экспериментов, в рамках которых исследователи особым образом подготавливали кристаллы из белков и просвечивали их при помощи пучков синхротронного излучения. По этой причине человечеству за десятилетия кропотливой работы удалось расшифровать структуру лишь примерно 0,1% уже известных белков.
Появление AlphaFold и других нейросетевых алгоритмов, способных определять трехмерную форму и оценивать функции белков, зная лишь их химический состав, значительно ускорило этот процесс, а также дало ученым возможность предсказывать структуру пока неизвестных или не существующих в природе белковых молекул. Осипов и его коллеги использовали эти нейросети для создания подхода, позволяющего предсказывать число повторяющихся частей в сложно устроенных белковых комплексах.
В качестве демонстрации высокой эффективности работы этой методики российские ученые просчитали при ее помощи различные вариации в структуре ферментов из класса АТФ-синтаз, отдаленно похожих по устройству на электрические моторы. Как и у этих устройств, у данных ферментов есть неподвижная часть — статор, а также вращающаяся — ротор. Его роль исполняет так называемое c-кольцо, которое состоит из множества повторяющихся блоков-субъединиц.
Проведенные исследователями расчеты показали, что их подход позволяет очень быстро и с высокой точностью, порядка 90%, предсказывать структуру этих «роторов» и определять число субъединиц внутри них. В дополнение к этому, расчеты ученых указали на наличие в природе АТФ-синтаз с неожиданно большим числом повторов, которые предположительно помогают микробам выживать в экзотических и экстремальных условиях среды. Их поиски и изучение должны стать одной из главных задач для биологов, подытожили ученые.
