De Computers kunnen de gedetailleerde structuur van kleine proteïnen evenals experimentele methodes, minstens enkele tijd, volgens nieuwe studies door de onderzoekers van het Howard Hughes Medical Institute bijna voorspellen.
De bevindingen, die in de dagboekWetenschap werden gemeld, verstrekken glimmer van hoop dat de wetenschappers uiteindelijk de structuur van proteïnen van hun genomic opeenvolgingen kunnen kunnen bepalen, een probleem dat onoverkomelijk heeft geschenen.
„meer dan 40 jaar, hebben de mensen geweten de aminozuuropeenvolging van een proteïne zijn driedimensionele structuur specificeert, maar niemand heeft de opeenvolging in een nauwkeurige structuur kunnen vertalen,“ bovengenoemde hogere auteur David Baker, een onderzoeker HHMI bij de Universiteit van Washington. De „reden dit onderzoek opwekkend is is dat wij vooruitgang in het voorspellen van de structuur van de opeenvolging tonen. Het is niet dat het probleem wordt opgelost, maar dat er hoop.“ is
De Proteïnen zijn biologische machines, en de wetenschappers moeten hun structuren bepalen om te begrijpen hoe de proteïnen werken. Nu, bepalen de wetenschappers uitsluitend structuren door de atoomkenmerken van proteïnen in het laboratorium te meten. In tegenstelling, „in dit geval, raakten wij nooit een reageerbuis,“ bovengenoemd Baker. „Wij gaven het aan een computer en zeiden, „ga. „“
In de studie, vouwde een verfijnd computerprogramma 17 korte koorden van aminozuren in 100.000 mogelijke variaties. Toen de onderzoekers de beste voorspellingen bij de daadwerkelijke die structuren vergeleken vroeger door andere wetenschappers worden opgelost gebruikend experimentele technieken, hadden zij het zelfde succestarief zoals beste hitters in belangrijk ligahonkbal.
„Wij bereikten bijna atoomresolutie in structuurvoorspelling voor ongeveer één derde van onze benchmarkreeks kleine proteïnen,“ bovengenoemde eerste auteur Philip Bradley, een post-doctorale kameraad in het laboratorium van Baker. „Het is een echte voorwaartse stap om structuren te bereiken die op één of andere manier vergelijkbaar zijn met wat u door experimenten kunt krijgen.“
De bemoedigende resultaten komen uit een verbetering van een verfijnde computer modellering programma geroepen Rosetta, ontwikkelde zich eerst verscheidene jaren geleden in het laboratorium van Baker. Het programma werkt aan het gebouw dat de proteïnen in hun laagste energiestaat, zoals een bal doen ineenstorten die een heuvel naar beneden rolt tot het om op niveaugrond komt te rusten. De energieën van honderdduizenden mogelijke die vormen door de computer worden worden geproduceerd gegevens verwerkt, en de laagste energievorm wordt geselecteerd als voorspelling.
Het voorspellingsproces gebeurt in twee stappen, bovengenoemde Bradley. Het eerste stadium gebruikt een benaderend model dat snelle berekening van de energie toestaat en zo kan snel worden uitgevoerd, terwijl de tweede een zeer gedetailleerd model gebruikt waarvoor de energieberekeningen duren veel langer maar nauwkeuriger zijn. Een grote schaalonderzoek door mogelijke structuren wordt uitgevoerd in het eerste stadium, en de veelbelovende plaatsen worden dan onderzocht in detail in het tweede stadium.
Het eerste stadium haalt voordeel uit het feit dat alle aminozuren identieke secties hebben, die de eiwitbackbone vormen. De computer voegt een verward beeld van de vooruitstekende zijketens toe die elk aminozuur zijn unieke identiteit geven. De opeenvolging van zijketens geeft elke proteïne uiteindelijk zijn kenmerkende vorm door het milieu en de buren die zij hebben verkozen.
Dan verdraait de computer willekeurig, lijnen, en krommingen elke aminozuuropeenvolging in 100.000 verschillende die vormen op de aangewezen plaats van de aminozuren worden gebaseerd. Sommige aminozuren neigen om naar de waterige wereld van de eiwitoppervlakte te duiken terwijl anderen dekking binnen de proteïne nemen. De computer geeft ook van de sociale gewoonten van de 20 aminozuren rekenschap; wat willen dicht aan elkaar en anderen als hun afstand zijn.
In stadium twee, vervangt Rosetta het verwarde beeld van de zijketens met gedetailleerde, fysisch realistische modellen met alle vertegenwoordigde atomen. Van de posities van de atomen in de zijketens en de eiwitbackbone, gebruikt de computer dan een gedetailleerd fysiek chemie gebaseerd krachtgebied dat dichte verpakking van atomen en waterstof het plakken goedkeurt om de energie van de structuur nauwkeuriger gegevens te verwerken.
„Wat kritiek schijnt te zijn is de verpakking van de molecule,“ bovengenoemd Baker. De „proteïne past volkomen zonder gaten in het midden, en geen atomen bovenop elkaar samen. Het wordt ongeveer zo dicht ingepakt aangezien het zou kunnen zijn. Het is als een driedimensionele puzzel.“
De onderzoekers upped hun kansen van het vinden van de juiste gelijke door het proces in twee stappen met 50 ambtgenoten van de proteïnen van andere genomen, zoals een muis te herhalen of vliegen. Het protocol werd eerst getest op een blinde jaarlijkse beschouwde als voorspellingstest om de hoogste norm voor het verwijderen van bias uit de eiwitmodellen van de structuurvoorspelling.
„Wij kunnen niet de energieën gegevens verwerken volkomen, maar het grootste probleem is het onderzoek door mogelijke vormen,“ bovengenoemd Baker. „Waar wij niet het juiste antwoord op de computer kregen, was het bijna altijd het geval dat de daadwerkelijke structuur de laagste energie had, zodat zouden wij geslaagd zijn als wij dit deel van de ruimte.“ hadden onderzocht