Компьютеры могут предсказать детальную структуру малых протеинов почти так же, как экспириментально методы, хотя бы некоторые времени, согласно новым изучениям исследователями Института Говарда Hughes Медицинскими.
Заключения, которые были сообщены в Науке журнала, обеспечивают проблеск упования которому научные работники окончательно могут мочь определить структуру протеинов от их genomic последовательностей, проблему которая казалась труднопреодолимой.
«На больше чем 40 лет, люди знайте последовательность аминокислоты протеина определяет свою трехмерную структуру, но никто могл перевести последовательность в точную структуру,» сказало старшему автор Хлебопеку Дэвида, исследователь HHMI на Университете Вашингтона. «Причина это исследование exciting что мы показываем прогресс в предсказывать структуру от последовательности. Она нет что проблема разрешена, но что упование.»
Протеины биологические машины, и научным работникам нужно определить их структуры для того чтобы понять как протеины работают. Теперь, научные работники определяют структуры исключительно путем измерять атомные характеристики протеинов в лаборатории. В контрасте, «в этот случай, мы никогда не касатьлись пробирке,» Хлебопек сказал. «Мы дали его к компьютеру и сказали, «пойдите. «»
В изучении, изощренная компьутерная программа сложила 17 коротких строк аминокислот в 100.000 возможных изменений. Когда исследователя сравнили самые лучшие прогнозы к фактическим структурам разрешенным более раньше другими научными работниками используя экспириментально методы, они имели такой же показатель успеха как самые лучшие подающие в высшей лиге бейсбола.
«Мы достигли почти атомного разрешения в прогнозе структуры для около 1/3 из нашего комплекта отметки уровня малых протеинов,» сказал первое автор Филипп Брэдли, postdoctoral собрат в лаборатории Хлебопека. «Реальное шаг вперед для того чтобы достигнуть структур которые в некотором путе соответствующем к чему вы можете получить мимо экспериментируете.»
Ободряющие результаты приходят от уточнения изощренного компьютера моделируя Rosetta вызванное программой, лаборатории первого начатого Хлебопека несколько лет тому назад в. Программа работает на предпосылке что протеины рушатся в их самое низкое энергетическое состояние, как шарик который свертывает вниз холм до тех пор пока он не будет приходить на ровной земле. Вычислены энергии сотни тысяч возможных форм произведенных компьютером, и форма самой низкой энергии выбрана как прогноз.
Процесс прогноза случается в 2 шагах, Брэдли сказало. Первая стадия использует приблизительную модель которая позволяет быстрому вычислению энергии и поэтому может быть унесена быстро, пока второе использует очень детальную модель для которой вычисления энергии принимают очень более длиной но очень более точно. Поиск большого диапазона через возможные структуры унесен в первой стадии, и перспективнейшие положения после этого исследованы подробно в втором этапе.
Первая стадия принимает преимущество факта что все аминокислоты имеют идентичные разделы, которые формируют костяк протеина. Компьютер добавляет пушистое изображение выступая бортовых цепей которые дают каждому аминокислоту своя уникально тождественность. Последовательность бортовых цепей в конечном счете дает каждому протеин своя характерная форма окружающей средой и соседи они предпочитают.
После Этого компьютер случайно переплетает, закрепляет петлей, и гнет каждую последовательность аминокислоты в 100.000 различных форм основанных на предпочитаемом расположении аминокислот. Некоторые аминокислоты клонат нырнуть к водообильному миру поверхности протеина пока другие принимают крышку внутри протеина. Компьютер также определяет социальные привычки 20 аминокислот; некоторые хотят быть близко к одину другого и другим как их расстояние.
В этапе 2, Rosetta заменяет пушистое изображение бортовых цепей с детальными, физически реалистическими моделями при все представленные атомы. От положений атомов в sidechains и костяке протеина, компьютер после этого использует детальное поле усилия физической химии основанное которому благосклонности закрывают упаковку атомов и выпуска облигаций водопода к более точно compute энергия структуры.
«Что кажется, что будет критическим упаковка молекулы,» Хлебопек сказал. «Пригонки протеина совместно совершенно без отверстий в середине, и отсутствие атомы na górze одина другого. Она около как плотно упакована по мере того как она смогла быть. Она как трехмерная головоломка зигзага.»
Исследователя подняли их фор находить правая спичка путем повторять процесс 2-шага с 50 гомологами протеинов от других геномов, как мышь или муха. Протокол сперва был испытани по слепое однолетнее испытание прогноза рассматриваемые, что был самым высоким стандартом для извлекать смещение от моделей прогноза структуры протеина.
«Мы не можем вычислить энергии совершенно, но самая большая проблема поиск через возможные формы,» Хлебопек сказал. «Куда мы не получали правый ответ на компьютере, это было почти всегда случаем что фактическая структура имела самую низкую энергию, поэтому мы преуспеем если мы исследовали эту часть космоса.», то