Ученые ДВФУ: моделирование белков поможет побороть неизлечимые болезни

Первые результаты компьютерного моделирования трехмерной структуры и фолдинга белков получили в Школе биомедицины Дальневосточного федерального университета. Масштабное фундаментальное исследование проводит группа ученых ДВФУ и Пекинского технологического института (КНР) в рамках гранта Министерства образования и науки РФ. Изучая физические свойства протеинов, которые лежат в основе всего живого, они пытаются разобраться в первопричинах появлениях неизлечимых болезней и приблизиться к пониманию природы жизни.

Исследование проводится под руководством заместителя директора Школы биомедицины ДВФУ, профессора Александра Молочкова и профессора Пекинского технологического института, Уппсальского университета (Швеция) и Национального центра научных исследований (Франция) Антти Ниеми (Antti Niemi).

Как рассказал профессор Ниеми, ключевым для биомедицины объектом исследования являются амилоидные белки, которые имеют прямое отношение к таким неизлечимым заболеваниям, как болезнь Альцгеймера и диабет второго типа.

«Гипотеза, на которой мы основываемся, заключается в том, что изменение трехмерной структуры амилоидных белков под воздействием каких-либо причин искажает их биологические функции и приводит к появлению этих заболеваний. Первый шаг на пути к созданию лекарств от таких болезней — узнать, почему соответствующие белки начинают сворачиваться в неправильную форму, и понять, как мы можем на это повлиять», — пояснил Антти Ниеми.

К разгадке этого вопроса ученые приступили с изучения простого белка — миоглобина (на фото), который отвечает за накопление кислорода в теле человека. Наиболее важным результатом на первом этапе стало получение фазовой диаграммы миоглобина — исследователям удалось в деталях разобрать, как он раскрывается и «захватывает» кислород, как изменяет свою структуру под воздействием температуры и кислотности. По словам Александра Молочкова, эти данные могут повлиять на развитие спортивной и экстремальной медицины, в том числе на изучение способностей человека в условиях «кислородного голодания» (гипоксии). Сами ученые, закрепив полученный результат, теперь переходят к следующему шагу — исследованию амилоидных белков с более сложной структурой.

Для моделирования изменения структуры протеинов участники проекта развивают новые теоретические подходы и вычислительные методики. Александр Молочков отмечает, что используя существующие методы молекулярной динамики, на моделирование миоглобина ушло бы больше тысячи лет. В ДВФУ продвигают методы, основанные на теории поля — они позволяют исследовать изменение трехмерной структуры белка за несколько часов, а благодаря мощности суперкомпьютера ученым удается приблизить моделирование этих процессов к «скорости жизни» — то есть к тому, как это происходит в теле человека. Также в рамках проекта уже разработана web-среда для моделирования белков, где любой представитель научного сообщества может исследовать третичную структуру протеина, динамику, поведение и изменение его структуры при разных условиях.

Профессор Антти Ниеми уверен, что фундаментальное исследование, которое проводят совместно ДВФУ и Пекинский технологический институт, имеет большое значение не только для медицины, но и для решения одной из основных загадок науки. Изучая белок — основу всего живого на планете — ученые стремятся концептуально понять природу жизни.

«На самом деле, вопрос «Что есть жизнь?» намного сложнее субатомной физики или космологии и с точки зрения фундаментальной науки остается очень слабо изученным. Самая большая загадка науки — как после Большого взрыва из хаоса организовались столь сложные структуры живой природы и как молекулам удается образовать человеческое тело со своей волей и сознанием. Белки — это основа всего живого, и мы надеемся, что поняв природу и фундаментальные механизмы их самоорганизации, нам удастся найти путь к исследованию природы жизни», — поделился Антти Ниеми.

Добавим, что грант на совместное исследование ДВФУ и Пекинского технологического института был выигран в 2015 году по итогам конкурса на проведение работ по приоритетным направлениям развития науки с участием организаций стран БРИКС в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Анна Леонтьева,
leonteva.as@dvfu.ru