Как раскрывается сила белка

Jul 16, 2023

Легкая газовая пушка Кентского университета — громоздкое устройство, которое, на мой взгляд, больше похоже на токарный станок, чем на пистолет.

Несмотря на свой громоздкий вид, пистолет может стрелять снарядами со скоростью 1,5 км в секунду или около 3500 миль в час, что почти вдвое превышает скорость пули.

Сегодня в него загрузили кусок базальтовой породы размером чуть меньше горошины, который будет обработан особым гелем.

Гель сделан из белка талина — или, по крайней мере, из версии белка, которая была очищена и изменена, чтобы придать ему исключительную способность поглощать удары, как мы вскоре узнаем.

Нас выгоняют из оружейной, и после быстрого обратного отсчета оператор орудия Люк Алесбрук нажимает кнопку, запуская пистолет.

Когда мишень удаляется, из ствола пистолета поднимается дым. При осмотре гель немного сместился, но, что удивительно, он все еще цел.

Важно, чтобы металлическая пластина под гелем не была повреждена. Без геля базальт оторвал бы кусок плиты.

Талин может поглощать силу благодаря уникальным механическим свойствам. В его структуру входят спирали аминокислот — строительные блоки белков, которые образуют пучки. При растяжении пучки разворачиваются, увеличивая длину белка в 10 раз.

Когда напряжение снимается, связки возвращаются в исходное положение, подобно пружине.

Профессор Бен Гулт разработал структуру талина и то, как он реагирует на силы, и вместе со своей коллегой профессором Дженнифер Хискок придумали идею превратить талин в амортизирующий материал.

«Я буквально забрела в офис Бена, и он рассказывал о своем чудесном белке. И я сказала, что нам нужно сделать бронежилет — вот что нам нужно сделать», — говорит она.

Начиная с 2016 года их команда разработала способ соединения белков талина в решетку — подобную сети, обладающей почти мультяшной способностью растягиваться и отскакивать.

Это был долгий путь для профессора Гулта, который занимается выяснением механических свойств талина и его структуры с 2005 года.

«Это было нелегко. Группе из шести человек потребовалось более четырех лет, чтобы выяснить белковую структуру талина, и еще четыре года, чтобы выяснить, как талин реагирует на силу», — говорит он.

Белки — сложные молекулы для расшифровки. Они состоят из цепочки аминокислот и немного напоминают бусины на нитке. Существует 20 различных встречающихся в природе аминокислот (или шариков), поэтому существует ошеломляющее количество способов их объединения.

Традиционно разработка этих структур проводилась с использованием электронной микроскопии и рентгеновской кристаллографии, и этот процесс мог занять годы.

Но в последние годы искусственный интеллект (ИИ) произвел революцию в этом процессе, предсказав структуры сотен миллионов белков.

Ключевое событие произошло в ноябре 2020 года, когда AlphaFold показала лучшие результаты в CASP 14 — оценке, проводимой каждые два года, в ходе которой различные компьютерные программы прогнозируют структуру белков.

AlphaFold не только превзошла конкурирующие системы, но и предсказала структуру белков с уровнем точности, значительно превосходящим своих конкурентов.

«Это было довольно безумно», — говорит Кэтрин Туньясувунакул, которая помогала разрабатывать AlphaFold вместе с другими сотрудниками лондонского DeepMind, подразделения искусственного интеллекта Alphabet, материнской компании Google.

«Мы знали, что получили довольно хорошие результаты внутри CASP. Но было совсем неясно, получат ли подобные результаты другие люди. маржа сравнивалась с другими группами», — говорит г-жа Туньясувунакул.

Эта версия AlphaFold — AlphaFold2 — была настолько хороша, что на следующем соревновании все лучшие команды использовали ее версии.

Благодаря AlphaFold и его потомству база данных белковых структур выросла с нескольких сотен тысяч до сотен миллионов.

Для ученых и исследователей, особенно в области разработки лекарств, это настоящая находка. Белки со структурами, которые выглядят многообещающими для определенных целей, например, для связывания с раковыми клетками, можно идентифицировать быстрее, чем когда-либо прежде — темпы исследований ускорились.