Биологи научились синтезировать белки любой требуемой структуры

Биологи из Университета Вашингтона в Сиетле разработали алгоритм синтеза белков с наперед заданной трехмерной структурой.

Так была решена одна из самых сложных и важных задач современной биологии.

Ознакомиться с деталями научного исследования можно в журнале Nature, в этом же издании опубликовано и краткое описание новой технологии синтеза белков.

С помощью новой программы ученые определяют последовательность аминокислот белка, который требуется создать. При сворачивании этот белок принимает трехмерную конформацию, которая практически не отличается от расчетной. Аминокислоты собирают в цепочку при помощи бактерий. Затем готовые белки выделяют и очищают.



Для создания алгоритма синтеза белков с наперед заданной трехмерной структурой ученые проанализировали структуры практически всех известных белковых молекул, и, конечно же, руководствовались набором эмпирических правил.

Чтобы испытать свой метод американские ученые создали пять белков, которых нет в природе. Даже их фолд (общий вид, по которому белки относят к какому-либо суперсемейству) сильно отличался от натуральных образцов. При этом программа предложила несколько вариантов аминокислотных последовательностей. Выбор самых подходящих производили волонтеры при помощи распределенных вычислений. Далее белки синтезировали в бактериях, экстрагировали и очищали от примесей.

Эти пять белков отправили на экспериментальное определение структуры методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) к ученым, которые не подозревали, что им подсунули белки с неприродной, расчетной структурой. Во всех пяти случаях результаты ЯМР-анализа и расчетная трехмерная структура совпадали.

Белки, которые можно создать таким методом, биологи назвали идеальными, потому, что их последовательность определяется не эволюцией, не случайностью, а расчетом. Важно, что и физические свойства штучных белков оказались идеальнее, чем у их природных аналогов. Например, температура денатурации искусственных протеинов достигает 100°С, тогда как обычные за редким исключением денатурируют уже при 40 - 50°С.

Определение трехмерной структуры белковой молекулы по последовательности аминокислот в ее цепочке является одной из первостепенных и сложных задач современной биологии. Решается она лишь иногда и при этом неточно. Авторы нового алгоритма решили обратную не менее трудную задачу.

Единственная искусственная полипептидная трехмерная структура была создана лишь однажды – это белок Top7.