I Computer possono predire la struttura dettagliata di piccole proteine quasi come pure i metodi sperimentali, almeno alcuni del tempo, secondo i nuovi studi dai ricercatori di Howard Hughes Medical Institute.
I risultati, che sono stati riferiti nella Scienza del giornale, forniscono un barlume di speranza che gli scienziati finalmente possono potere determinare la struttura delle proteine dalle loro sequenze genomiche, un problema che è sembrato insormontabile.
“Per più di 40 anni, la gente hanno saputo che la sequenza aminoacidica di proteina specifica la sua struttura tridimensionale, ma nessuno ha potuta tradurre la sequenza in struttura accurata,„ ha detto l'autore senior David Baker, un ricercatore di HHMI all'Università di Washington. “La ragione che questa ricerca è emozionante è che stiamo mostrando il progresso nella predizione della struttura dalla sequenza. Non è che il problema è risolto, ma che c'è speranza.„
Le Proteine sono commputer biologici e gli scienziati devono determinare le loro strutture per capire come le proteine funzionano. Ora, gli scienziati determinano le strutture esclusivamente misurando le caratteristiche atomiche delle proteine in laboratorio. Al contrario, “in questo caso, non abbiamo toccato mai una provetta,„ Baker ha detto. “La abbiamo data ad un computer ed abbiamo detto, “vada. “„
Nello studio, un programma informatico specializzato profilatura 17 brevi serie di amminoacidi nelle 100.000 variazioni possibili. Quando i ricercatori hanno confrontato le migliori previsioni alle strutture reali risolte più presto da altri scienziati che usando le tecniche sperimentali, hanno avuti lo stesso indice di successo di migliori battitori in Major League Baseball.
“Abbiamo raggiunto la risoluzione quasi atomica nella previsione della struttura per circa un terzo del nostro insieme del benchmark di piccole proteine,„ ha detto primo l'autore Philip Bradley, un collega postdottorale nel laboratorio del Panettiere. “È un passo avanti reale per raggiungere le strutture che sono in qualche modo comparabili a cui potete ottenere vicino sperimentate.„
I risultati incoraggianti vengono da un perfezionamento di un computer specializzato che modella Rosetta chiamato programma, in primo luogo sviluppato nel laboratorio di parecchio Panettiere di anni fa. Il programma lavora ai locali che le proteine sprofondano nel loro stato di energia più bassa, come una palla che lamina giù una collina finché non venga a riposare su terra livellata. Le energie delle centinaia di migliaia di forme possibili generate dal computer sono computate e la forma di energia più bassa è selezionata come la previsione.
Il trattamento di previsione accade a due punti, Bradley ha detto. La prima fase usa un modello approssimativo che permette il calcolo rapido dell'energia ed in modo da può essere effettuata rapido, mentre il secondo usa un modello molto dettagliato per cui i calcoli di energia catturano molto più lungamente ma è molto più accurato. Una ricerca della larga scala attraverso le strutture possibili è effettuata nella prima fase e le posizioni di promessa poi sono esplorate dettagliatamente nella seconda tappa.
La prima fase approfitta del fatto che tutti gli amminoacidi hanno sezioni identiche, che formano la spina dorsale della proteina. Il computer aggiunge una maschera sfocata delle catene laterali di sporgenza che danno ciascuno l'amminoacido la sua identità unica. La sequenza delle catene laterali infine dà ciascuno la proteina la sua forma caratteristica dall'ambiente e vicini che preferiscono.
Poi il computer a caso torce, avvolge e piega ogni sequenza aminoacidica in 100.000 forme differenti basate sulla posizione preferita degli amminoacidi. Alcuni amminoacidi tendono a tuffarsi verso il mondo acquoso della superficie della proteina mentre altri catturano il coperchio dentro la proteina. Il computer egualmente rappresenta le abitudini sociali dei 20 amminoacidi; alcuni vogliono l'un l'altro essere vicini ed altri come la loro distanza.
Nella fase due, Rosetta sostituisce la maschera sfocata delle catene laterali con i modelli dettagliati e fisicamente realistici con tutti gli atomi rappresentati. Dalle posizioni degli atomi nelle catene laterali e nella spina dorsale della proteina, il computer poi usa un campo di forza basato dettagliato di chimica fisica che i favori chiudono l'imballaggio degli atomi e dell'idrogeno che saldano più esattamente al calcolo l'energia della struttura.
“Che Cosa sembra essere critica è l'imballaggio della molecola,„ Baker ha detto. “Le misure della proteina insieme perfettamente senza i fori nel mezzo e nessun atomi sopra a vicenda. È imballato circa densamente come potrebbe essere. È come un puzzle tridimensionale.„
I ricercatori hanno aumentato le loro probabilità di individuazione della corrispondenza giusta ripetendo il trattamento in due tappe con 50 omologhi delle proteine da altri genoma, quali un mouse o una mosca. Il protocollo in primo luogo è stato provato su una prova annuale cieca di previsione considerata come il più alto livello per la rimozione della tendenziosità dai modelli di previsione della struttura della proteina.
“Non possiamo computare perfettamente le energie, ma il più grande problema è la ricerca con le forme possibili,„ Baker ha detto. “Dove non stavamo ottenendo la giusta risposta sul computer, era quasi sempre il caso che la struttura reale ha avuta l'energia più bassa, in modo da saremmo riuscito se avessimo esplorato questa parte dello spazio.„