Расчет взаимодействия белковых молекул станет намного быстрее

Биологи и математики из МФТИ, Университета Стони-Брук и других научно-исследовательских центров научили компьютер в десять раз быстрее предсказывать строение “сцеплений” белков в клетке, сообщает пресс-служба Московского физико-технического института. Среди авторов исследования аспирант МФТИ Андрей Казенов и выпускник магистратуры МФТИ и аспирант Университета Стони-Брук Дмитрий Подгорный. Новый метод расчета белкового взаимодействия поможет точнее понять, как происходят процессы в клетках организма, и значительно ускорит разработку новых лекарств.

В новом алгоритме взаимодействующие белковые молекулы описываются в системе радиально-сферических координат, которая сама по себе максимально приближена к форме белка. Это позволяет разделять белки на “функциональные блоки” и решать задачу в более простой форме. По словам ученых, если провести аналогию с детским конструктором, вычислительную сложность моделирования взаимодействующих белков можно сравнить с составлением всех возможных пар из 10 000 начальных блоков. Идея исследователей состояла в том, чтобы представить белки в сферических координатах 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 ста раз быстрее лучших из существовавших ранее, при этом оставаясь точным. Работа программы на персональном компьютере занимает около пятнадцати минут, что оказывается серьезной альтернативой экспериментальным методикам определения белковых взаимодействий. Новый алгоритм скоро станет частью популярной автоматической системы расчета белок-белкового взаимодействия ClusPro. Ресурс, ранее разработанный авторами статьи, сегодня насчитывает более 15 000 пользователей по всему миру. На последнем соревновании среди специалистов по определению структуры белков CAPRI (Critical Assessment of PRotein Interactions - критическая оценка предсказания взаимодействия) сервер ClusPro признан лучшей автоматической системой для расчета белок-белкового взаимодействия.

«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 профессор университета Стони-Брук и адъюнкт-профессор МФТИ Дмитрий Козаков.

Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA.