Обновленная информация об исследованиях от группы проекта по иммунитету к микробиому (май 2023 г.)

Обновленная информация об исследованиях от группы проекта по иммунитету к микробиому (май 2023 г.) Команда проекта «Иммунитет к микробиому» опубликовала новую статью о структуре и функции белков микробиома человека. Проект: Проект иммунитета к микробиому Опубликовано: 5 мая 2023 Фон В то время как бактерии в целом могут быть вредны для человека, так как они могут вызывать такие заболевания, как пневмония, менингит, стрептококковое горло, пищевое отравление (кишечная палочка и сальмонелла), бактерии в кишечнике человека также выполняют защитные функции. В течение многих лет ученые изучали различные типы бактерий в организме человека и характеризовали те, которые могут быть вредными или полезными, но подавляющее большинство остается плохо охарактеризованным. По оценкам, существует около 3 миллионов уникальных бактериальных генов, изучение всех полученных белков и определение их функции является сложной задачей. Проект иммунитета к микробиому стартовал в августе 2017 года с целью ускорить исследования белковых молекул благодаря возможностям сетевых вычислений. К моменту завершения вычислений в Декабрье 2021, Добровольцы World Community Grid пожертвовали почти 146 000 процессоролет . Эти усилия позволили команде предсказать структуру почти 200 000 белков, обнаружить более 150 новых форм белков (складок), описать несколько ранее неизвестных функций белковых структур и почти удвоить количество аннотированных белков в микробиоме кишечника человека. Статья «Белковая вселенная» Команда MIP недавно опубликовала свою статью в Nature Communications под названием Взаимосвязи последовательности-структуры-функции во вселенной микробных белков[1]. В этой статье исследуется представление о том, что белки с похожими последовательностями не обязательно будут создавать похожие структуры, выполняющие одни и те же функции, вопреки давнему убеждению среди ученых. Используя базу данных MIP, которую помогли создать добровольцы WCG, в статье исследуются примеры, когда белки, сходные по последовательности, выполняют разные функции. Команда MIP проанализировала 2 миллиона белковых последовательностей, которые не имели известной структуры ни в одной другой базе данных. Затем они использовали методы Rosetta и DMPFold для прогнозирования белковых структур в трехэтапном процессе. Чтобы отфильтровать прогнозы низкого качества, они сначала определили пороговое количество остатков катушек (которые образуют спирали), выше которого структуры не были надежными. Во-вторых, они использовали оценки достоверности и качества для определения прогнозируемого качества[2]. В-третьих, приоритет был отдан моделям в соответствии с 2 методами. В итоге было идентифицировано и охарактеризовано около 200 000 моделей. Рисунок 1. Блок-схема процесса для получения ~ 200 000 моделей белков de novo, охватывающих разнообразное пространство последовательностей [1]. Повторно использовано из статьи Koehler et al., Nature Communications, 2023 г., с разрешения под лицензией Creative Common CCBY3.0. Эта новая база данных дает уникальное представление о микробиоме кишечника, поскольку она отличается по охвату и объему от предыдущих усилий. Исследователи сравнили набор из 200 000 моделей с базой данных PDB90 из Банка данных белка и других баз данных белковых структур, чтобы определить, что предсказанные структуры были новыми. Фактором, влияющим на разницу между двумя базами данных, является наличие белков архей и бактерий в базе данных MIP, вида, плохо представленного в других базах данных. Более того, размер анализируемой последовательности меньше, чем в других базах данных (прогнозируемые белковые структуры варьировались от 40 до 200 остатков), и менее смещен в сторону интересующих белков, как в случае PDB90 (который содержит белки, более склонные к определению структуры и возможным фармацевтическим мишеням, что приводит к множеству близких вариантов одних и тех же структур). Это делает MIP комплементарным по отношению к другим базам данных. Чтобы проверить, повлияло ли это на взаимосвязь последовательность-структура-функция, они проанализировали структурное и функциональное сходство 5 структур из MIP и 2000 базовых структур из баз данных PDB. При корреляции структурного и функционального сходства большинство пар показали ожидаемое поведение (т. е. разная структура, другая функция или одна и та же структура, одна и та же функция), но заметное количество пар вели себя вопреки своим ожиданиям. Анализируя дискордантные пары, авторы обнаружили, что более общие функции могут выполняться несколькими типами структур, в то время как очень специфические механизмы выполняются только уникальными структурами. Рисунок 2. Тепловые карты, показывающие функциональное сходство между парами белковых кластеров. Кластеры 158 и 153 (вверху слева и справа) охватывают белки со схожей структурой (внизу слева и справа) и расходящимися функциями [1]. Повторно использовано из статьи Koehler et al., Nature Communications, 2023 г., с разрешения под лицензией Creative Common CCBY3.0. Это исследование прокладывает путь к разработке инструментов для изучения и прогнозирования специфических белковых функций для других организмов, чтобы лучше понять роль специфических структур и функций, связанных с биологическими функциями. «До сих пор мы говорили о микробиоме на том же языке, который можно было бы использовать для описания биоразнообразия тропического леса», — говорит доктор Томаш Костиолек, член исследовательской группы MIP. «Мы надеемся начать говорить об этом в более механистических терминах, например, о том, какие молекулы могут усиливать, ингибировать или изменять определенные биологические процессы». Благодарим команду проекта «Иммунитет к микробиому» за предоставление этого обновления. Если у вас есть какие-либо комментарии или вопросы, пожалуйста, оставьте их в Эта ветка чтобы мы ответили. Благодарю вас за вашу постоянную поддержку, которая ускоряет крупномасштабные научные исследования на благо человечества. Команда WCG Ссылки: 1. Келер Леман, Дж., Щербяк,., Ренфрю,.Д. и др. Последовательность-структура-функция взаимосвязей во вселенной микробных белков. Nature Communications 14, 2351 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37896-w. 2. Чжан Ю., Сколник Д. Скоринговая функция для автоматизированной оценки качества матрицы структуры белка. Белки. 2004 Декабрь 1;57(4):702-10. DOI: 10.1002/prot.20264. Опечатка в: Белки. 2007 Сентябрь 1;68(4):1020. PMID: 15476259. 3. Хотите принять участие в распределенных вычислениях, тогда, Вам сюда: https://boinc.berkeley.edu/wiki/Simple_view https://boinc.berkeley.edu/download_all.php https://boinc.ru Ссылка на git-хаб, где лежат исходники программы-клиента BOINC. https://github.com/BOINC/boinc