Prawda

Niedziela, 18 kwietnia 2021 - 14:29

« 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     Wyślij artykuł do znajomego:     Wydrukuj






Nauka

Znalezionych 1207 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Genetyczny przełącznik CRISPR   Novella   2021-04-16
Wielkie zdarzenie oksydacyjne   Novela   2021-04-09
Kiedy panika klimatyczna zlewa się z kulturą anulowania   Lomborg   2021-04-06
Czy wykształceni ludzie są bardziej antysemiccy?   Albert Cheng i Ian Kingsbury   2021-04-05
Nieoczekiwana historia i cudowny sukces szczepionek   Ridley   2021-03-31
Innowacja jest geograficznie zlokalizowanym i chwilowym zjawiskiem   Ridley   2021-03-29
Czy gąbki są najbliższymi krewnymi pozostałych zwierząt?   Coyne   2021-03-26
Kilka lekcji z rosyjskiej rewolucji. Jak kuszący radykalny nihilizm prowadzi do ekstremizmu   Geifman   2021-03-22
Wracamy do raju?   Łukaszewski   2021-03-18
Ślimakowi morskiemu odrasta tułów z odciętej głowy, czyli “autotomia z kleptoplastią”   Coyne   2021-03-15
Ewolucyjne korzyści udawania ofiary   Clark   2021-03-11
Ludzie i wymieranie megafauny   Novella   2021-03-10
Banany edytowane przez CRISPR   Novella   2021-03-02
Nikczemne grzyby naśladują kwiaty trawy, by ułatwić własne rozmnażanie się   Coyne   2021-02-26
Co zabiło megafaunę Ameryki Północnej?   Novella   2021-02-25
Stresy i nowe szczepy wirusa   Ridley   2021-02-12
EWOLUCJA wirusa Covid-19   Coyne   2021-02-10
Czy „toksyczna kobiecość” jest główną przyczyną bojów o społeczną sprawiedliwość?   Coyne   2021-02-08
Najmniejszy gad (i owodniowiec) świata: BARDZO mały kameleon   Coyne   2021-02-05
Dlaczego kocimiętka i matatabi doprowadzają koty do szaleństwa? Grupa badaczy mówi, że te rośliny mogą chronić je przed komarami   Coyne   2021-02-02
Bądźcie sceptyczni wobec wideo pokazujących “skutki uboczne” szczepionki   Novella   2021-01-28
Szaleństwo odnawialnej energii   Ridley   2021-01-23
Głębia ludzkiej historii   Novella   2021-01-19
Dlaczego szczepionki mRNA mogą zrewolucjonizować medycynę?   Ridley   2021-01-02
Szczepionka mRNA na koronawirusa: świadectwo ludzkiej pomysłowości i mocy nauki   Coyne   2021-01-01
Dziwaczny rodzaj rasistowskiego patriarchatu   Arora   2020-12-31
Centrala muszek owocowych: Bloomington Drosophila Stock Center   Coyne   2020-12-29
Pierwszy raport o używaniu narzędzi przez pszczoły: rodzimy gatunek używa grudek łajna, by odeprzeć drapieżne szerszenie   Coyne   2020-12-23
Nie – żadne chi nie istnieje   Novella   2020-12-21
Moc nauki dostarczyła najlepszej możliwej wiadomości w tym koszmarnym roku   Ridley   2020-12-18
Szczątkowa cecha ptaków, która mogła być funkcjonalna u przodków: zdalne wyczuwanie drgań dziobem (nadal czynne u kiwi)   Coyne   2020-12-16
Paradoks wielce niedoskonałego dobra   Koraszewski   2020-12-11
Nasiona roślin ewoluują, by upodobnić się odchodów antylopy, a oszukane żuki gnojowe odtaczają i zagrzebują nasiona   Coyne   2020-12-10
AI – asystent lekarza   Novella   2020-12-09
Czy problem zwijania białka został rozwiązany?   Coyne   2020-12-05
„Gryzoń skunksowy”, który żuje trujące rośliny i wypluwa truciznę na swoje futro   Coyne   2020-12-02
Intensywne zbieranie leczniczej rośliny przez ludzi prowadzi do ewolucji nowych kolorów liści i kwiatów   Coyne   2020-11-28
Jak ewoluuuje altruizm?   Coyne   2020-11-25
Filozof zainfekowany efektem potwierdzenia wyjaśnia, dlaczego ewolucja dowodzi Boga   Coyne   2020-11-23
Według nowych badań są cztery gatunki pingwinów białobrewych, a nie tylko jeden   Coyne   2020-11-19
Gra w łajdactwo, by zrozumieć łajdaków   Novella   2020-11-18
Ewolucja psów   Novella   2020-11-09
Genomowa i ewolucyjna analiza wymarłego kota szablozębnego   Coyne   2020-10-31
Zakład Simon-Ehrlich po 40 latach   Gale L. Pooley   2020-10-23
Używające narzędzi mrówki budują struktury, by spijać roztwór cukru w pojemnikach, nie topiąc się   Coyne   2020-10-22
Czego pandemia nauczyła nas o nauce?   Ridley   2020-10-19
Przeddarwinowscy “darwiniści”   Berry   2020-10-16
Covid 19 może przejmować kontrolę nad receptorami bólu, uśmierzając ból i podnosząc szerzenie się choroby: możliwy rezultat doboru naturalnego   Coyne   2020-10-15
Znowu wrzawa, że “teoria ewolucji wywrócona”, ale jak zwykle, robią z igły widły   Coyne   2020-10-13
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 4. Rzekome znaczenie dryfu genetycznego w ewolucji   Coyne   2020-10-09
Chromosomy Y ludzi, neandertalczyków i denisowian   Novella   2020-10-08
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 3. Rzekome znaczenie epigenetyki w ewolucji   Coyne   2020-10-07
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 2. Rzekome nieistnienie gatunków   Coyne   2020-10-05
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 1. Genetyczna plastyczność    Coyne   2020-10-03
“New Scientist”: Darwin jednak miał rację    Coyne   2020-10-01
Uprawy GMO i wzrost plonów   Novella   2020-09-28
Książka o psychologii ewolucyjnej, która pokazuje wartość tej dziedziny – ale nie wartość memów   Coyne   2020-09-22
Przyjemności seksu i jagód   Ridley   2020-09-18
Czy można falsyfikować naukowe teorie? Naukowiec odpowiada, że “nie”   Coyne   2020-09-12
Naukowe pismo “Nature” przystaje do Przebudzonych twierdząc, że zarówno płeć, jak gender są niebinarne   Coyne   2020-09-09
Wybór ostatecznej wolności   Witkowski   2020-09-07
Polio zlikwidowane w Afryce   Novella   2020-09-05
Czy wyrazy ludzkiej twarzy są uniwersalne w okazywaniu emocji?   Coyne   2020-09-02
Barwny erudyta J.B.S. Haldane   Coyne   2020-08-28
Modelowanie zbijania się pingwinów cesarskich w gromadę: każdy dostaje równie dużo ciepła   Coyne   2020-08-25
Jak algorytmy wpływają na twoje życie   Novella   2020-08-24
Z okazji dziewięćdziesiątych urodzin Thomasa Sowella   Jacoby   2020-08-22
Prawdziwie długa szyja: 6-metrowy wodny gad z triasu z szyją długości 2,7 metra   Coyne   2020-08-19
Wątrobiane duszki   Novella   2020-08-17
Rozrzedzanie krwi bez groźby krwawienia   Novella   2020-08-14
Nowy raport: Bakteria po stu milionach lat nadal żywa!   Coyne   2020-08-08
Modlitwa to nie jest lekarstwo   Nowella   2020-08-07
Maleńki, 10-centymetrowy dinosaur, który zjadał owady   Coyne   2020-08-06
Piękny skoczek, który upodabnia się do mrówki   Coyne   2020-08-03
Urodziny Rosalind Franklin!   Cobb   2020-07-31
Kondor wielki: ptak, który rzadko kiedy macha skrzydłami   Coyne   2020-07-28
Czy ludzie byli w Nowym Świecie ponad 30 tysięcy lat temu?   Coyne   2020-07-26
Oszaleć na punkcie nietoperzy w czasach korony i politykierstwa   Collins   2020-07-25
Dwa gatunki dały zdolną do życia hybrydę, mimo że rozeszły się 150 milionów lat temu   Coyne   2020-07-23
Niccolo Tartaglia jego tajemnica   Jacoby   2020-07-20
Akcja afirmatywna w wieloetnicznym narodzie   Hyams   2020-07-17
Dekolonizacja ewolucji (i Darwina) była nieunikniona   Coyne   2020-07-15
Filtr mózgu (czyli czego nie widzimy)   Novella   2020-07-14
Homeopatia jest bezwartościowa a czasami szkodliwa   Novella   2020-07-10
Pięć błędnych wyobrażeń o ewolucji: jedno jest wątpliwe, jedno niesłuszne   Coyne   2020-07-08
Wiecznie kurczący się tranzystor i wynalezienie Google   Ridley   2020-07-06
Postmodernizm: filozofia, która stoi za naszymi wojnami kulturowymi i postępującym nihilizmem   Hill   2020-07-02
Bodźce do innowacji w końcu pokonają COVID-19   Ridley   2020-06-27
Maleńkie stworzenia morskie budują olbrzymie, fantastyczne domy, by chronić się i zdobywać pokarm   Coyne   2020-06-25
Rośliny uprawne z edytowanym genomem pomagają farmerom i środowisku   Ridley   2020-06-20
Czy klucz do COVID można znaleźć w rosyjskiej pandemii?   Ridley   2020-06-18
Skąd więc wziął się ten wirus?   Ridley   2020-06-16
Nowe dane o tym, jak działają grzyby „mrówek zombie”   Coyne   2020-06-15
Czy brytyjski naukowy establishment popełnił największy błąd w historii?   Ridley   2020-06-13
Błysk światła w mroku   Sheagren   2020-06-12
Poczucie pewności napędza efekt potwierdzenia   Novella   2020-06-08
Czy możemy zobaczyć osobowość?   Novella   2020-06-05
Rozwiązanie dla obecnego kryzysu   Ridley   2020-06-02
Lokalizacja funkcji wykonawczych   Novella   2020-05-30
Przestańcie wierzyć w naukę   Greenfield   2020-05-28

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Przekupieni



Heretycki impuls



Nie klanial



Cervantes



Wojaki Chrystusa



 Palestyńskie weto



Wzmacnianie układu odpornościowego



Wykluczenie Tajwanu z WHO



Drzazgę źle się czyta



Sześć lat



Pochodzenie



Papież Franciszek



Schadenfreude



Pseudonaukowa histeria...


Panstwo etc



Biły się dwa bogi


 Forma przejściowa


Wstęga Möbiusa


Przemysł produkcji kłamstw


Jesteś tym, co czytasz,



Radykalne poglądy polityczne


Einstein



Socjologia



Allah stworzyl



Uprzednie doświadczenie



Żydowski exodus



PRL Chrystusem narodów



Odrastające głowy hydry nazizmu



Homeopatia, wibracje i oszustwo


Żołnierz IDF



Prawo powrotu



Mózg i kodowanie predyktywne



Nocna rozmowa



WSzyscy wiedza


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