Prawda

Piątek, 29 marca 2024 - 15:02

« 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 1470 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Kameleon przekazuje różne informacje różnymi częściami ciała   Yong   2013-12-14
Paradoksalne cechy genetyki inteligencji   Ridley   2013-12-18
Wielki skandal z biopaliwami   Lomborg   2013-12-19
Przedwczesna wiadomość o śmierci samolubnego genu   Coyne   2013-12-22
Czy jest życie na Europie?   Ridley   2013-12-22
Nowa data udomowienia kotów: około 5300 lat temu – i to w Chinach   Coyne   2013-12-26
Na Zeusa, natura jest przeżarta rują i korupcją   Koraszewski   2013-12-26
Proces cywilizacji   Ridley   2013-12-28
Jak karakara wygrywa z osami   Cobb   2013-12-29
Żebropławy, czyli dziwactwa ewolucji   Coyne   2013-12-30
Czy może istnieć sztuka bez artysty?    Wadhawan   2013-12-30
Zderzenie mentalności   Koraszewski   2014-01-01
Skrzydlaci oszuści i straż obywatelska   Young   2014-01-02
Delfiny umyślnie narkotyzują się truciznami rozdymków   Coyne   2014-01-04
Długi cień anglosfery   Ridley   2014-01-05
Ciemna materia genetyki psychiatrycznej   Zimmer   2014-01-06
Co czyni nas ludźmi?   Dawkins   2014-01-07
Twoja choroba na szalce   Yong   2014-01-08
Czy mamut włochaty potrzebuje adwokata?   Zimmer   2014-01-09
Pradawne rośliny kwitnące znalezione w bursztynie   Coyne   2014-01-10
Ratując gatunek możesz go niechcący skazać   Yong   2014-01-11
Ewolucja ukryta w pełnym świetle   Zimmer   2014-01-13
Koniec humanistyki?   Coyne   2014-01-15
Jak poruszasz nogą, która kiedyś była płetwą?   Yong   2014-01-16
Jak wyszliśmy na ląd, kość za kością   Zimmer   2014-01-19
Twoja wewnętrzna mucha   Cobb   2014-01-22
Ukwiał żyje w antarktycznym lodzie!   Coyne   2014-01-25
Dlaczego poligamia zanika?   Ridley   2014-01-26
Wspólne pochodzenie sygnałów płodności   Cobb   2014-01-28
Ewolucja i Bóg   Coyne   2014-01-29
O delfinach, dużych mózgach i skokach logiki   Yong   2014-01-30
Dziennikarski „statek upiorów” Greg Mayer   Mayer   2014-01-31
Dlaczego leniwce wypróżniają się na ziemi?   Bruce Lyon   2014-02-02
Moda na kopanie nauki   Coyne   2014-02-03
Neandertalczycy: bliscy obcy   Zimmer   2014-02-05
O pochodzeniu dobra i zła   Coyne   2014-02-05
Sposób znajdowania genów choroby   Yong   2014-02-07
Czy humaniści boją się nauki?   Coyne   2014-02-07
Kiedy zróżnicowały się współczesne ssaki łożyskowe?   Mayer   2014-02-10
O przyjaznej samolubności   Koraszewski   2014-02-12
Skąd wiesz, że znalazłeś je wszystkie?   Zimmer   2014-02-15
Nauka odkrywa nową niewiedzę o przeszłości   Ridley   2014-02-18
Żyjące gniazdo?   Zimmer   2014-02-19
Planeta tykwy pospolitej   Zimmer   2014-02-21
Nowe niezwykłe skamieniałości typu “Łupki z Burgess”   Coyne   2014-02-22
Dziennik z Mozambiku: Pardalota   Naskręcki   2014-02-23
Wskrzeszona odpowiedź z kredy na “chorobę królów”   Yong   2014-02-26
Dziennik z Mozambiku: Sybilla     2014-03-01
Spojrzeć ślepym okiem   Yong   2014-03-02
Intelektualne danie dnia  The Big Think   Coyne   2014-03-04
Przeczołgać się przez mózg i nie zgubić się   Zimmer   2014-03-05
Gdzie podziewają się żółwiki podczas zgubionych lat?   Yong   2014-03-10
Supergen, który maluje kłamcę   Yong   2014-03-14
Idea, którą pora oddać na złom   Koraszewski   2014-03-15
Zwycięstwa bez chwały   Ridley   2014-03-17
Twarde jak skała   Naskręcki   2014-03-18
Pasożyty informacyjne   Zimmer   2014-03-19
Seymour Benzer: humor, historia i genetyka   Cobb   2014-03-21
Kto to był Per Brinck?   Naskręcki   2014-03-23
Potrafimy rozróżnić między przynajmniej bilionem zapachów   Yong   2014-03-25
Godzina Ziemi czyli o celebrowaniu ciemności   Lomborg   2014-03-27
Słonie słyszą więcej niż ludzie   Yong   2014-03-30
Niebo gwiaździste nade mną, małpa włochata we mnie   Koraszewski   2014-03-31
Wielkoskrzydłe   Naskręcki   2014-04-02
Najstarsze żyjące organizmy   Coyne   2014-04-03
Jak zmienić bakterie jelitowe w dziennikarzy   Yong   2014-04-06
Eureka! Sprytne wrony to odkryły   Coyne   2014-04-07
Sukces upraw GM w Indiach   Lomborg   2014-04-09
Wirus, który sterylizuje owady, ale je pobudza   Yong   2014-04-12
Przystosować się do zmiany klimatu   Ridley   2014-04-14
Jeden oddech, który zmienił planetę   Naskręcki   2014-04-16
Najgorsze w karmieniu komarów jest czekanie   Yong   2014-04-17
Kłopotliwa podróż w przyszłość   Ridley   2014-04-19
Pierwsze spojrzenie na mikroby współczesnych łowców zbieraczy     2014-04-23
Seksizm w nauce o jaskiniowych owadach   Coyne   2014-04-26
Musza bakteria zaprasza inne muszki na uczty owocowe   Yong   2014-04-27
Zachwycający rabuś, który liczy sto milionów lat   Cobb   2014-04-28
Mądrość (małych) tłumów   Zimmer   2014-04-29
Tak bada się ewolucję inteligencji u zwierząt   Yong   2014-05-02
Fantastyczna mimikra tropikalnego pnącza   Coyne   2014-05-03
Dlaczego większość zasobównie wyczerpuje się   Ridley   2014-05-04
Pomidory tworzą pestycydy z zapachu swoich sąsiadów   Yong   2014-05-07
Potrawy z pasożytów   Zimmer   2014-05-08
Technologia jest często matką nauki, a nie odwrotnie   Ridley   2014-05-09
Montezuma i jego flirty   Coyne   2014-05-11
Insekt dziedziczy mikroby z plemnika taty   Yong   2014-05-12
Polowanie na nietoperze   Naskręcki   2014-05-14
Zmień swoje geny przez zmianę swojego życia   Coyne   2014-05-15
Obrona śmieciowego DNA   Zimmer   2014-05-17
Gdzie są badania zwierzęcych wagin?   Yong   2014-05-20
Niemal ssaki   Naskręcki   2014-05-21
Zobaczyć jak splątane są gałęzie drzewa   Zimmer   2014-05-23
Dlaczego ramiona ośmiornicy nie plączą się   Yong   2014-05-24
Niezwykły pasikonik szklany   Naskręcki   2014-05-27
Wąż zgubiony i ponownie odnaleziony   Mayer   2014-05-28
Niespodziewani krewni mamutaków   Yong   2014-05-30
Trochę lepszy  świat   Ridley   2014-05-31
Tam, gdzie są ptaki   Mayer   2014-06-01
Ewolucja, ptaki i kwiaty   Coyne   2014-06-02
Jestem spełniony   Naskręcki   2014-06-04

« 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