Впервые терапевтические белки созданы «с нуля», лишь по данным компьютерного моделирования

Молекулярная биология бьётся над пониманием того, почему белки взаимодействуют именно с этими специфическими молекулами, а не с мириадами других, постоянно находящихся в окружении. В целой серии своих публикаций сотрудники Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) подробно рассказали о создании «с нуля» противовирусных протеинов, обладающих высоким сродством и селективностью по отношению к вирусам гриппа.

Более того, используя метод рентгеновской дифракции, учёным удалось экспериментально подтвердить, что созданные белки работают именно так, как предсказывала теория.

Частица вируса гриппа (иллюстрация Springer Medizin / Science Photo Library).

Теперь «проверенные» протеины добавлены в список потенциальных терапевтических средств широко спектра действия, направленных на борьбу с самыми опасными штаммами вирусов гриппа. В случае успешного прохождения всех клинических тестов это станет первым примером создания терапевтических белков «с нуля», с использованием лишь компьютерного моделирования, в то время как обычно отправной точкой служит информация о естественной активности белков в лабораторных условиях.

В 1940-х годах Нобелевский лауреат, титан химической науки Линус Полинг выдвинул предположение о том, что в основе высокоспецифического сродства между некоторыми молекулами лежат комбинации большого числа слабых и неспецифических взаимодействий, таких как водородные связи и электростатические силы. Следуя этому откровению и используя компьютерные вычисления с массовым параллелизмом, учёные под руководством Дэвида Бейкера из Вашингтонского университета (США) виртуальным образом просеяли многочисленные конфигурации более 800 природных белков в надежде обнаружить те, что теоретически могли взаимодействовать с вирусными протеинами, обеспечивающими гриппу возможность прикрепляться и проникать внутрь клеток, которые выстилают респираторный тракт человека.

В результате для следующей синтетической части работы было отобрано 88 сгенерированных компьютером белков, а в ходе последующих экспериментов осталось всего два, наиболее специфически связывающихся со своей мишенью. После дополнительной оптимизации было показано, что оба «авторских» белка накрепко привязываются к таким штаммам, как «испанка» и птичий грипп. Кроме того, они блокируют репликацию свиного гриппа (H1N1) в клеточных культурах.

Дальнейшее исследование с помощью рентгеновской дифракции с синхротронным источником излучения дало не менее интересный результат: детали связывания между этими двумя белками и вирусом испанки структурно неотличимы от того, что было предсказано в ходе компьютерных вычислений.

Таким образом, удалось получить важнейшее экспериментальное доказательство справедливости компьютерных методов на атомарном (!) уровне.

Подготовлено по материалам Национальной ускорительной лаборатории SLAC.