Prawda

Wtorek, 19 marca 2024 - 09:50

« Poprzedni Następny »


Czy problem zwijania białka został rozwiązany?


Jerry A. Coyne 2020-12-05


Jednym z największych i najtrudniejszych problemów w biologii, którego rozwiązanie może być niezmiernie cenne dla ludzkiego dobra, jest to, jak z sekwencji składających się na białko aminokwasów wywnioskować kształt białka. Jak prawdopodobnie wiecie, wiele DNA koduje białka (20 tysięcy kodów DNA w naszym genomie), każde białko jest łańcuchem aminokwasów, czasami powiązanych z innymi cząsteczkami, takimi jak cukry lub hemy. Sekwencję aminokwasów determinuje sekwencja DNA, w której każde trzy zasady nukleinowe w “strukturalnej” części sekwencji DNA kodują jeden aminokwas. DNA jest transkrybowany do przekaźnikowego RNA, który przechodzi do cytoplazmy, gdzie połączony do struktur zwanych rybosomami i z pomocą enzymów przekładają sekwencję DNA w białko, które może mieć setki aminokwasów długości.

W niemal każdym wypadku (patrz poniżej na jeden wyjątek) sekwencja aminokwasów sama określa kształt wynikłego białka, bowiem prawa fizyki determinują, jak białko zwinie się, kiedy jego części składowe przyciągają lub odpychają się wzajemnie. Mogą przyjmować kształt helis, harmonijek i najrozmaitszych dziwnych zakrętów i skrętów. Tutaj jest białko, hydrataza enoilo-CoA PDB 6C7C, enzym bakterii, która powoduje wrzody skórne u człowieka. Nie jest to bardzo skomplikowany kształt, ale może być ważny w badaniu, jak spokrewniona bakteria powoduje gruźlicę, jak również do tworzenia leków przeciwko tym skórnym wrzodom:



A tutaj jest ludzka hemoglobina, stworzona z czterech łańcuchów białkowych, po dwie kopie z dwóch genów (z Wikipedii):



Znajomość kształtu białka jest użyteczna z wielu powodów, włącznie z powodami związanymi ze zdrowiem. Na przykład, można tworzyć lekarstwa, które wiążą się i wytrącają konkretne białka, ale jest znacznie łatwiej robić to, kiedy znasz kształt białka. (Znamy kształt tylko około jednej czwartej naszych 20 tysięcy białek.) Znając kształt białka możemy ustalić, jak patogen powoduje chorobę, np., jak “białko fuzyjne” (wypustki) wirusa COVID-19 przyczepiają się do ludzkich komórek (to pomogło w stworzeniu szczepionek). Tutaj jest wirusowe białko fuzyjne z jedną domeną wiążącą z receptorem przedstawionym jako wstążki:



Jest wiele pytań zarówno fizjologicznych, jak ewolucyjnych, które zależą od znajomości kształtów białka. Kiedy jedno białko ewoluuje w inne, jak bardzo wpływa to na jego kształt i czy zmiana kształtu może wyjaśnić zmianę funkcji? (Pamiętajmy, że w darwinowskiej ewolucji stopniowa zmiana sekwencji musi być ciągle adaptacyjna.) Jak różne kształty odorantów wchodzą w interakcje z białkami receptorów węchowych przy, w zasadzie, stosunkach jeden do jednego między kształtem białka a cząsteczką zapachu?


Jak dotąd ustalanie kształtu białka było jednym z najbardziej nużących i uciążliwych zadań w biologii. Zaczęło się dziesięciolecia temu z rentgenografią strukturalną, w której białko trzeba było krystalizować, a następnie bombardować promieniami Rentgena i pracowicie interpretować i z powrotem kalkulować oszacowania kształtów rozproszonych cząstek. (W ten sposób Franklin i Wilkins ustalili kształt DNA.) To często trwało lata dla jednego białka. Są także inne sposoby, włącznie z jądrowym rezonansem magnetycznym i nowymi metodami, takimi jak mikroskopia krioelektronowa, ale one także są niezmiernie powolne.


Teraz, w wyniku konkursu, w którym różne zespoły naukowe poproszono o użycie programów komputerowych do przewidywania struktury białek, które są już znane, ale niepublikowane, jeden z zespołów, DeepMind z Google, osiągnął zdumiewający sukces, używając sztucznej inteligencji (AI), sukces tak wielki, że inne technologie ustalania budowy białek mogą z czasem stać się przestarzałe.


Poniżej są dwa artykuły, ale w Internecie są ich dziesiątki. Pierwszy poniżej, z “Nature”, jest wyczerpujący (kliknij na link pod zrzutem z ekranu, żeby przeczytać oba):  



https://www.nature.com/articles/d41586-020-03348-4


Ten artykuł, z blogu samego Deep Mind (kliknij na link pod zrzutem z ekranu), jest krótszy, ale jest tam mnóstwo użytecznych informacji, jak również pokaz, jak ściśle ich program AI przewidział budowę białka.



https://deepmind.com/blog/article/alphafold-a-solution-to-a-50-year-old-grand-challenge-in-biology

 

W dorocznym konkursie o nazwie CASP (Critical Assessment of Structure Prediction), poproszono sto konkurujących zespołów o odgadnięcie trójwymiarowej budowy około setki odcinków białka (“domen”). Ci, którzy z nimi pracowali, znali już budowę tych domen, ale nie była ona znana zespołom badaczy i nie była publikowana.


Metoda, jakiej użył program AI Deep Mind, by to zrobić, wykracza poza moje kompetencje, ale chodziło o “trening” programu “AlphaFold”, by przewidział budowę białek przez szkolenie programu sekwencjami aminokwasów białek, których trójwymiarowa budowa już była znana. Zaczęli parę lat temu w tym konkursie przez szkolenie programu, by przewidział odległość między każdą parą aminokwasów w białku (jeśli znasz odległości między wszystkimi parami aminokwasów, masz trójwymiarową strukturę.) W tym roku użyli bardziej wyrafinowanego programu o nazwie AlphaFold2, który, według artykułu w “Nature” “wciela dodatkowe informacje o fizycznych i geometrycznych ograniczeniach, które determinują, jak zwija się białko”. (Nie mam pojęcia, jakie są te ograniczenia; procedura jeszcze nie jest opublikowana, ale będzie na początku przyszłego roku.)


Okazuje się, że AlphaFold2 przewiduje budowę białka z niezwykłą ścisłością – często równie dobrze jak bardziej skomplikowane metody laboratoryjne, które zabierają miesiące – i robi to w parę godzin bez żadnych kosztów laboratoryjnych! W rzeczywistości, dokładność przewidzianych kształtów była około 1,6 angstrema – czyli mniej więcej szerokość jednego atomu! AlphaFold2 przewidział także kształt czterech domen białkowych, których badania naukowcy jeszcze nie zakończyli. Przed konkursem w tym roku sądzono że zabierze jeszcze co najmniej dziesięć lat, zanim AI będzie można ulepszyć do punktu, w którym będzie równie dobra jak metody eksperymentalne. Zabrało to niespełna dwa lata.


Tutaj jest gif z postu DeepMind, który pokazuje, jak dokładnie DeepFold 2 przewidział dwie struktury białka. Przystawanie do siebie zielonego (eksperymentalnego) i niebieskiego (przewidzianego przez AI) kształtu jest niezwykłe.



Nie ma wielu sytuacji, w których komputer może spowodować, że cały program eksperymentalny staje się przestarzały, ale wydaje się, że to właśnie dzieje się tutaj.


Jest jeden problem z tą metodą, ale jest on niewielki. Jak powiedział mi Matthew Cobb, w kilku wypadkach sekwencja aminokwasów nie przepowiada absolutnie kształtu białka. Jak powiedział: “Czasami ta sama sekwencja aminokwasów może dać różne izoformy [kształty, które mogą zmieniać się], co może mieć bardzo złe konsekwencje – pomyśl o prionach, w których sekwencja jest ta sama, ale budowa inna”. Priony są zmieniającymi kształt białkami, które w jednym ze swoich kształtów mogą powodować śmiertelne choroby zwyrodnienia układu nerwowego, jak „choroba szalonych krów”. Na szczęście są rzadkie, ale pokazują, że stosunek jeden do jednego między sekwencją białka a kształtem białka istotnie ma wyjątki.


Tutaj jest eleganckie wideo zamieszczone przez DeepMinds, które w osiem minut wyjaśnia sprawę:

 


Będziemy musieli poczekać na ukazanie się artykułu, żeby zobaczyć szczegóły, ale fakt, że program komputerowy tak dobrze przewidział kształty białek oznacza, że coś robią dobrze, a my wszyscy jesteśmy beneficjentami.


Has the problem of protein folding been solved?

Why Evolution Is True, 1 grudnia 2020

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

 



Jerry A. Coyne

Emerytowany profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji.  Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków. Jest również jednym ze znanych "nowych ateistów" i autorem książki "Faith vs Fakt". (Jest już polskie wydanie - "Wiara vs Fakty", wydawnictwo "Stapis".) Jerry Coyne jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.
 

Skomentuj Tipsa en vn Wydrukuj






Nauka

Znalezionych 1467 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Ideolodzy: dlaczego nauczanie genetyki musi mieć charakter społeczno-polityczny   Coyne   2024-03-19
Przepływ genów od neandertalczyków i denisowian do ludzi „współczesnych” i odwrotnie   Coyne   2024-03-14
Wejdź – skoro nalegasz   Tonhasca Júnior   2024-03-09
Czy “bezpłciowe” bakterie tworzą biologiczne gatunki?   Coyne   2024-03-06
Carl Zimmer o gatunkach i ochronie     2024-02-29
Kolejna błędna próba skorygowania ewolucji   Coyne   2024-02-22
Ryjący w ziemi przedsiębiorcy   Tonhasca Júnior   2024-02-15
Olbrzymie armie o niezliczonych umiejętnościach    Tonhasca Júnior   2024-02-08
Wejdź, powiedziała, dam ci schronienie przed burzą   Tonhasca Júnior   2024-01-15
Czy ludzie wyewoluowali w wodzie?   Coyne   2024-01-08
Jak upadają wielcy   Tonhasca Júnior   2024-01-04
Oczy reniferów zmieniają kolor, żeby łatwiej im było dostrzec jadalne porosty   Coyne   2023-12-30
Życzliwi przestępcy   Tonhasca Júnior   2023-12-28
Conor Friedesdorf (i Alexander Barvinok) o ideologicznym przymusie na amerykańskich uczelniach   Coyne   2023-12-26
Zdumiewający manipulatorzy   Tonhasca Júnior   2023-12-25
Nie gryzie się ręki, która cię zapyla   Tonhasca Júnior   2023-10-19
Rewolucja komunikacyjna   Hannam   2023-10-18
BBC szerzy propagandę rolnictwa organicznego, a biedni na świecie cierpią   i Kathleen Hefferon   2023-10-13
Niezwykły przypadek koewolucji i specyficzności zapylacz/storczyk   Coyne   2023-10-07
Płeć męska lub żeńska: nie ma nic pomiędzy   Elliot   2023-10-03
Myślenie intuicyjne i analityczne   Novella   2023-09-29
„Kryzys klimatyczny” to mistyfikacja   Williams   2023-09-25
Jak (i dlaczego) ośmiornica edytuje swój RNA   Lewis   2023-09-23
„Najbardziej znany zabójca ludzi”: jakie są prawdziwe początki XIV-wiecznej Czarnej Śmierci?   Lewis   2023-09-15
Do jakiego stopnia pary mają wspólne cechy?   Novella   2023-09-14
Kenia daje zielone światło 58 projektom GMO – naukowcy na całym świecie kontynuują badania w dziedzinie biotechnologii, mimo procesów sądowych i dezinformacji   Ombogo   2023-09-08
Lancet atakuje anty-przebudzenie, a czytelnik odpowiada   Coyne   2023-08-24
Więcej wyrafinowanej teologii: uczony religijny zastanawia się, czy neandertalczycy mieli nieśmiertelne dusze   Coyne   2023-08-16
Aktywiści anty-GMO w Afryce szerzą mity i strach, ale nie przedstawiają żadnych naukowych dowodów   Abutu   2023-08-14
Mało znana strona ryjkowców   Tonhasca Júnior   2023-08-11
Dlaczego nie można być osobą transrasową?   Coyne   2023-08-10
Walka z malarią za pomocą inżynierii genetycznej   Novella   2023-08-08
Jak restrykcje Unii Europejskiej podsycały głosy przeciwko GMO, jak również głód na globalnym Południu, a zwłaszcza w Afryce   Oria   2023-08-02
Nieznośni mali pomocnicy   Tonhasca Junior   2023-07-29
Macedońskie skarby   Tonhasca Júnior   2023-07-26
GMO i motyle   Novella   2023-07-25
Narzucanie ideologii naturze: Kew Garden celebruje „rośliny queer”   Coyne   2023-07-24
Smak miesiąca   Tonhasca Júnior   2023-07-20
Kłopoty na wylocie   Szczęsny   2023-07-18
Ideologiczne podważanie biologii   i Luana S. Maroja   2023-07-17
Role mężczyzn i kobiet w polowaniu, raz jeszcze   Coyne   2023-07-15
David Hillis o specjacji   Coyne   2023-07-13
Niechętni dawcy i pracowici biorcy   Tonhasca Júnior   2023-07-08
Grube problemy z jelitem   Szczęsny   2023-07-07
Badaczka z Leakey Foundation twierdzi, że kości orangutanów mówią nam, że biologiczna płeć jest spektrum, a nie binarna   Coyne   2023-06-30
Przez dziurkę od klucza   Szczęsny   2023-06-24
Nowa (nie podparta żadnymi dowodami) hipoteza, która eliminuje role płciowe w społecznościach łowców-zbieraczy   Coyne   2023-06-22
Błędne wyobrażenia o ewolucji   Coyne   2023-06-16
Influencerzy z podziemia   Tonhasca Júnior   2023-06-13
Jak wyewoluowało ubarwienie ostrzegawcze?   Coyne   2023-06-12
„San Francisco Chronicle” bardzo myli się w sprawie biologicznej płci   Coyne   2023-06-09
Kolczasty problem   Tonhasca Júnior   2023-06-06
Wpaść w amok. Empiryczna analiza szaleńczych zabójstw pokazuje, że wyłaniają się dwa różne wzorce.   King   2023-06-03
Błędna krytyka genetycznych testów na pochodzenie   Coyne   2023-06-02
Zdatny do lotu   Tonhasca Júnior   2023-06-01
‘Raniąca’ idea merytorycznych podstaw nauki    i Jerry Coyne   2023-05-29
Główny problem w filogenezie zwierząt wydaje się być rozwiązany   Coyne   2023-05-26
Americana   Tonhasca Júnior   2023-05-24
Czy uprawa jabłek odzwierciedla bigoterię?   Coyne   2023-05-18
Kenia: Musimy zająć się brakiem bezpieczeństwa żywnościowego, ale najpierw musimy położyć kres dezinformacji na temat upraw modyfikowanych genetycznie   Oria   2023-05-16
Czytanie myśli z fMRI i AI   Novella   2023-05-05
Jest lepiej niż myślisz   Lomborg   2023-05-03
Dwudziestu dziewięciunaukowców publikuje artykuł w obronie merytorycznych podstaw w nauce     2023-05-01
Niewygodna historia   Ferguson   2023-04-28
Biologia rezygnacji z działania: kiedy kontynuować, a kiedy spasować   Coyne   2023-04-26
Porywacze ciał   Tonhasca Júnior   2023-04-25
Porażka jest kluczowym składnikiem innowacji   Ridley   2023-04-22
Używanie roślin jako biofrabryk   Novella   2023-04-14
Dawno zmarli przemawiają do nas   Tonhasca Júnior   2023-04-12
Wątpliwi pomocnicy    Tonhasca Júnior   2023-04-08
Uganda: aktywiści przeciwni biotechnologii szerzą dezinformację   Wetaya   2023-04-05
Anglia pozwala na uprawy poddane edycji genów   Novella   2023-04-03
Recenzja z książki  Can “The Whole World” Be Wrong?   Rose   2023-04-01
Psychologia ewolucyjna dla początkujących   Coyne   2023-03-27
“Konwergentna” ewolucja mrówek grzybiarek Starego i Nowego świata   Coyne   2023-03-23
Gigantyczna armia małych zabójców   Tonhasca Júnior   2023-03-22
Colin Wright broni binarności płci u zwierząt   Coyne   2023-03-15
AI: gorąca randka z “Sydneyem ”   Gotefridi   2023-03-15
Zmienić język w ekologii i biologii ewolucyjnej! Przykład anemii sierpowatej   Coyne   2023-03-13
Wzrost liczby nieobecnych ojców i towarzyszące temu społeczne problemy   Geary   2023-03-11
No pasarán    Tonhasca Júnior   2023-03-04
Dezinformacja o GMO: Kenijczykom będzie trudno podejmować racjonalne decyzje i to może kosztować życie   Mykonyo   2023-02-24
Twardy kwiat do zgryzienia    Tonhasca Júnior   2023-02-22
ChatGPT niemal zdaje lekarski egzamin końcowy   Novella   2023-02-21
“Rogi” trylobitów mogły być używane jako broń w walkach między samcami   Coyne   2023-02-15
Postmodernizm obnażony   Dawkins   2023-02-14
Powody naszych wierzeń. Jak i dlaczego irracjonalność trzyma nas w swoich szponach i jak możemy z tym walczyć?   Pinker   2023-02-13
Kiedy zapada noc i ziemia jest ciemna   Tonhasca Júnior   2023-02-10
W nowej książce jest słuszna krytyka idei, że są lepsze i gorsze gatunki, ale jest także błędne twierdzenie, że gatunki nie są realne   Coyne   2023-02-06
Kolczatki wydmuchują bąbelki śluzu z nosa, żeby się ochłodzić   Coyne   2023-02-02
Mali i zręczni influencerzy   Tonhasca Júnior   2023-01-31
Dowody na ewolucję: Bezwłose zwierzęta mają martwe geny na sierść   Coyne   2023-01-23
Krew, znój, łzy i pot   Tonhasca Júnior   2023-01-19
Bąkojady czyszczą nosorożce   Coyne   2023-01-18
Mózg używa geometrii hiperbolicznej   Novella   2023-01-16
O wspaniały nowy świecie   Tonhasca Júnior   2023-01-12
Ciepło zabija. Zimno zabija wielu więcej   Jacoby   2023-01-09
Po co badać przestrzeń kosmiczną?   Jacoby   2023-01-04
Rdzenni Amerykanie żądają doczesnych resztek pumy z Griffith Park   Coyne   2023-01-03
Świetny artykuł o epigenetyce   Coyne   2022-12-30

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Lekarze bez Granic


Wojna w Ukrainie


Krytycy Izraela


Walka z malarią


Przedwyborcza kampania


Nowy ateizm


Rzeczywiste łamanie


Jest lepiej


Aburd


Rasy - konstrukt


Zielone energie


Zmiana klimatu


Pogrzebać złudzenia Oslo


Kilka poważnych...


Przeciwko autentyczności


Nowy ateizm


Lomborg


„Choroba” przywrócona przez Putina


„Przebudzeni”


Pod sztandarem


Wielki przekret


Łamanie praw człowieka


Jason Hill


Dlaczego BIden


Korzenie kryzysu energetycznego



Obietnica



Pytanie bez odpowiedzi



Bohaterzy chińskiego narodu



Naukowcy Unii Europejskiej



Teoria Rasy



Przekupieni



Heretycki impuls



Nie klanial



Cervantes



Wojaki Chrystusa


Listy z naszego sadu
Redaktor naczelny:   Hili
Webmaster:   Andrzej Koraszewski
Współpracownicy:   Jacek, , Małgorzata, Andrzej, Henryk