Дослідження тривимірної структури білків за допомогою штучного інтелекту

У молекулярній біології все дуже маленьке, і більшість дослідників ніколи не бачать, із чим працюють. А багато хто навіть не уявляє якої форми ті молекули, яким вони присвятили життя. Структура білка записана в його послідовності, це означає, що прочитавши тільки ДНК, ви можете сказати як виглядатиме білок, який в ній закодований. Але це теоретично. Насправді це рідко вдається. Це все одно що пробувати намалювати як виглядає шафа з Ікеї, маючи перед собою лише набір деталей для його збирання. Завдання на годину роботи, коли йдеться про шафу, але якщо деталей 10 000, час складання може затягнутися.
Цього року програма штучного інтелекту RoseTTAFold побудувала структури сотень білків, а DeepMind зробив те саме, але з 350 тисячами людських білків, а це майже половина від усіх білків нашого тіла.
Навіщо це треба? Річ у тому, що від структури білків залежить те, як вони працюють, і з чим вони взаємодіють. Не розуміючи структури, ми цього не знаємо. Наприклад, є у вас нові ліки й вам треба передбачити з якими білками вони взаємодіятимуть, і даватимуть потрібний вам ефект, а з якими дасть вам побічні ефекти. Тож це відкриття принесе нам нові ліки у перспективі. А в довгостроковій перспективі, якщо продовжити цей напрямок технологій, то можна буде оцифрувати клітину повністю, нарешті зрозумівши, що з нею відбувається в кожний момент часу.

Виділення та секвенування ДНК із бруду

Сьогодні ми дізнаємося про минуле нашого виду переважно завдяки ДНК аналізу. Якщо виділити ДНК з кісток прадавніх людей, можна дізнатися їх етнічну групу, родинні зв’язки, і навіть приблизний вік. Цього достатньо щоб сильно просунутись у розумінні нашого минулого. Як завжди, в біології все впирається у методи. І цього року вдалося виділити ДНК не з кісток, а із бруду біля кісток. Різниця в тому, що методично це складно зробити, і раніше це звичайно робили, але не для стародавньої ДНК, а для криміналістики, або пошуку слідів інфекцій. Акуратною роботою біологів та біоінформатиків вдалося виділити та ідентифікувати ДНК двох видів ведмедів, поруч з останками древніх людей у ​​північній Мексиці. Тим, хто досліджує ведмедів, це дало нові дані про їхню еволюцію. А нам з вами нові горизонти, розсунуті новими методами.
Навіщо це треба? Ми дуже мало знаємо про наше минуле. А від нього залежить наше розуміння того, хто ми є. Якось за залишками цукрів у зубах неандертальців вдалося припустити, що давні люди десятки тисяч років тому вже використовували ромашку для лікування зубів. А якщо нам вдасться повністю відновити побут первісної людини, зрозуміти її раціон, знахарські звички та релігійні ритуали?

З’явилися таблетки від коронавірусу: Молнупіравір від Merck і Паксловид від Pfizer

Коронавірус повинен швидко розпакувати в клітині всю свою генетичну інформацію і рахувати з неї всі гени, поки його не помітили агенти господаря. А РНК вірусу має бути максимально коротким, щоб поміщатися у вірус. Для цього він синтезує один довгий білок і розрізає його вже на малі, у яких свої різні функції. Так компактніше і швидше. Так ось паксловид блокують ті ножиці, якими вірус розрізає білок, і цим заважає вірусу почати працювати в клітці. Молнупіравір же працює інакше, і заважає вірусу копіювати свою РНК без помилок. В результаті вірус починає робити багато помилок, і виразних копій у нього не виходить, і його розмноження зупиняється. Самі собою ці підходи не нові, вони використовувалися в ліках від ВІЛ, гепатиту і вірусу Еболи. Але кожен вірус вимагає своїх ліків і в пандемію такі таблетки дуже доречні.

Успіхи в лікуванні посттравматичного стресового розладу за допомогою MDMA

З 70-х років тестування MDMA, як і багатьох інших препаратів, припинилося, коли їх зарахували до наркотиків. Нині у них ренесанс. У MDMA (частина екстазі) тут особливий успіх, тому що спочатку у Британії її запропонували використовувати для лікування алкоголізму, потім у США молекула показала добрий ефект для посттравматичного стресового розладу. Дослідження ще не закінчені, але попередні дані доволі позитивні. Треба розуміти, що терапія MDMA не виглядає як «візьми кристалів і сходи на рейв, тобі треба розслабитися». Пацієнти приймали MDMA перед психотерапевтичною сесією і саме комбінація препарату з терапевтом давала ефект.
Навіщо це треба? ПТСР часто проблема, але він є не у всіх. Для інших це відкриття дає шанс відродження інтересу до психоактивних речовин, куди повісили ярлик «наркотики», не встигнувши вивчити їх вплив на організм. А там може бути багато ліків і ноотропів.

Редагування генів шляхом CRISPR починають активно тестувати на людях

Цей рік приніс хороші новини у лікуванні спадкового транстиретинового амілоїдозу та вродженого амаврозу Лебера. Ці захворювання викликані мутаціями, які призводять до накопичення неправильних білків у нервах та смерті у першому випадку, і до проблем із зором у другому. Якщо вводити людям CRISPR, спрямований на виправлення мутантного гена в кров або сітківку ока, то молекулярна машинерія зможе виправити поломку, і зменшити симптоми хвороби. Акції компанії Intellia Therapeutics після публікації про успіхи з амілоїдозу подорожчали вдвічі. Успіхи були й з іншими захворюваннями в минулі роки, але цього року голос генної технології став впевненішим.
Навіщо це треба? Мало хто зможе вимовити назви цих двох захворювань з першого разу, вони справді дуже рідкісні. Для більшості людей ці відкриття свідчать, що генна терапія працює. І хоча зараз її міць спрямована на лікування рідкісних генетичних патологій, але як тільки буде достатньо вдалих прецедентів, і ми краще опануємо технологію, то час прийде і для лікування та профілактики частих хвороб. В аптеках будуть продаватися ліки саме для запобігання хворобі, а не для лікування. І звичайно ж, справа дійде до генної терапії старіння, у якої дуже багато відомих генетичних мішеней.

Автор: Олександр Коляда