Bioinformatički računalni programi pomažu biolozima da razumiju intrinzično neuredne proteine

BIOINFORMATIČKI CENTAR DIACOR (Lipanj 2019).

Anonim

Proteini su građevni blokovi života i bioloških sredstava. Oni su pokretači razvoja i širenja virusa i bakterija, te imaju ključne uloge u putevima bolesti i gotovo sve stanične funkcije. Kako znanstvenici dobivaju znanje o proteinima, otkrivaju se mehanizmi bioloških misterija.

Kako bi se pomoglo rasvjetljavanju funkcioniranja proteina, istraživač Sveučilišta Virginia Commonwealth Lukasz Kurgan, potpredsjednik Odjela za računalne znanosti na Tehničkom fakultetu, razvio je niz bioinformatskih programa koji bi pomogli biologima u razvoju uvida u funkcije intrinzički poremećenih proteina. Ova grupa proteina nema fiksnu strukturu, što znači da su potpuno ili djelomično fleksibilni i amorfni.

Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća, znanstvenici su sekvencirali 85 milijuna jedinstvenih bjelančevina, strukturiranih i nestrukturiranih, ali još uvijek ne znaju što velika većina tih bjelančevina radi. Kako se otkrivaju više bjelančevina, potrebno je razviti sofisticiranije računalne programe kako bi se odredile njihove funkcije.

"Ručno smo kustosili, ali razumijemo manje od 1 posto tih proteina, a sada ih je potrebno riješiti više od 80 milijuna", rekao je Kurgan, profesor i znanstvenik s podacima o Qimondi. "Program može riješiti te proteine ​​brže od jednog čovjeka i može pomoći istraživačima da ubrzaju stvaranje hipoteze".

Rješavanje slagalice

Određivanje funkcije proteina postaje još izazovnije kada je protein potpuno ili djelomično poremećen. Kada protein ima definiranu strukturu, istraživači koriste prethodno znanje i programe bioinformatike kako bi prvo dešifrirali tu strukturu, koja tada pomaže određivanju funkcije. Ako je protein poremećen, biolozi se okreću programima koje je izgradio Kurgan i drugi računalni znanstvenici koji koriste prediktivne modele kako bi generirali izvedive hipoteze o funkciji proteina.

Od 2008, Kurgan je razvio četiri programa za tu svrhu. Ovog proljeća, njegov tim dobio je 500 000 dolara potpore Nacionalne zaklade za znanost kako bi razvile sljedeće programe. Do sada, Kurganovi programi imaju više od 7.000 korisnika iz više od 1.300 gradova u 96 zemalja.

Kurgan je također razvio šest programa koji određuju je li protein neorganiziran ili ne. U 2012. godini njegov je MFDp program bio treći od 28 sudionika u dvostranom svijetu eksperimentu CASP10, koji procjenjuje učinkovitost računalnih i ljudskih prediktora intrinzičnih poremećaja. U 2014. Kurganov laboratorij je objavio DisoRDPbind, prvi program za predviđanje višestrukih funkcija intrinzički poremećenih proteina.

Kurganovi programi koriste postojeće zbirke podataka o bjelančevinama čije su funkcije određene za izgradnju prediktivnih modela za kartifiranje funkcija nepoznatog, intrinzično poremećenog proteina.

"Pojedinosti nisu jednostavne. Izgradnja tih modela ima malo umjetnosti, teorije i iskustva", rekao je Kurgan.

Nove ideje za poremećaj

Uobičajeno je prihvaćena činjenica među znanstvenicima da su bjelančevine s poremećajima, slične njihovim strukturiranim kolegama, bitne funkcije. Ta se tvrdnja u početku susrela s nevjericom, kao što je u početku uobičajeno s mnogim znanstvenim otkrićima.

"Prije otprilike 30 godina, kada su otkriveni neuredni proteini, bilo je mnogo negirača. Neki su ljudi rekli da je to samo buka u strukturama proteina", rekao je Kurgan. "Sada, poremećaj kao mehanizam biologije je prihvaćena činjenica, samo zato što protein nema definiranu strukturu, ne znači da je beskoristan, već radi na drugačiji način."

Sada, dešifriranje poremećaja je zajednički napor u znanstvenoj zajednici, a razni programi iz više entiteta okupljaju se kako bi pružili različite pristupe za određivanje funkcija neurednih bjelančevina. Kurgan je radio s istraživačima sa Sveučilišta Južne Floride, Sveučilišta Indiana i sveučilišta Tianjin i Nankai u Kini, na studiju koja je koristila svoje programe kako bi otkrila učestalost intrinzičnog poremećaja u gotovo 1.000 vrsta iz svih kraljevstava života. Nekoliko drugih kolaborativnih studija usredotočilo se na funkcionalne uloge intrinzičnog poremećaja HIV-a, hepatitisa C i virusa Dengue.

"Zajedno možemo gurnuti granice onoga što se uradi", rekao je Kurgan. "Ne temelji se na nastojanjima jednog istraživača ili grupe. Zajedno ćemo se međusobno pomagati".

menu
menu