Срочные новости раздела
Искусственный интеллект предсказал, где новые лекарства смогут подобраться к РНК и ДНК

Искусственный интеллект предсказал, где новые лекарства смогут подобраться к РНК и ДНК

Научная группа iMolecule из Сколтеха разработала решение, которое на основании данных о структуре РНК и ДНК предсказывает участки этих молекул, пригодные для взаимодействия с предполагаемыми лекарственными веществами. Зная эти так называемые сайты связывания, можно более эффективно и целенаправленно находить формулы новых препаратов, в том числе противовирусных. Решение использует искусственный интеллект и определяет сайты связывания точнее, чем аналоги, поскольку учитывает влияние пространственной конфигурации молекулы на доступность сайтов.

Серые фигуры соответствуют шести пространственным конфигурациям одной и той же РНК-последовательности ВИЧ. Она является мишенью многих противовирусных средств, таких как показанные здесь цветными шариками соединения. Представленная учёными из Сколтеха нейросеть предсказывает наличие сайтов связывания там, где изображены крупные розовые сферы. Видно, что они соответствуют расположению достоверно известных сайтов, которые затенены синим, оранжевым и т. д. © Игорь Козловский, Пётр Попов/NAR Genomics and Bioinformatics

Долгое время фармакологи видели в РНК лишь посредника между инструкциями в нашем геноме (ДНК) и закодированными в них функциональными белками — мишенью большинства лекарств оставались сами белки. При этом известно, что белки закодированы лишь в ничтожной части тех 85% генома, с которых транскрибируется РНК. Оставшаяся, некодирующая РНК участвует в регуляции генов или выполняет иные функции, зачастую принимая определённую конформацию, то есть пространственную конфигурацию. Поскольку процессы с участием некодирующей РНК тоже могут вносить вклад в развитие заболеваний, последовательности РНК — и ДНК тоже — всё чаще рассматриваются как потенциальные мишени для лекарств.

«Нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, участвуют, например, в передаче сигналов и других процессах, на которые можно медикаментозно воздействовать. Такой подход, в частности, может подойти для заболеваний, в которые вовлечены неупорядоченные белки или белки без доступных сайтов связывания, — объяснил руководитель исследования, старший преподаватель Сколтеха Пётр Попов. — Вдобавок к тому бывают чужеродные РНК и ДНК, например вирусные, — коронавирус, ВИЧ и т. д.,  которые являются одними из основных мишеней при борьбе с патогенами».

Чтобы раскрыть потенциал всех этих предполагаемых мишеней лекарств, фармакологам нужны инструменты для перебора огромных баз химических соединений — таким образом устанавливают, какие из них взаимодействуют с той или иной нуклеиновой кислотой и посредством каких сайтов.

«В основе нашего решения лежит аналогичная работа с белками, — пояснил Попов. — Трёхмерные структуры нуклеиновых кислот кодируются в виде высокоразмерных тензоров. Затем алгоритм компьютерного зрения „смотрит“ на тензоры и ищет области, похожие на сайты связывания. После детектирования конформации и сайта связывания можно начинать целенаправленную работу по поиску лекарств. Таким образом, наша работа — это часть перехода от слепого перебора к рациональному дизайну лекарств. Превосходство последнего с ростом библиотек соединений становится всё заметнее».

Одно важное преимущество нового решения связано с тем, что молекулы ДНК и РНК из-за своей формы склонны сворачиваться и принимать разные конформации — при этом меняются их свойства, в том числе доступные сайты связывания. Традиционные подходы отталкиваются от последовательности нуклеиновых кислот, то есть «буквенного кода», но игнорируют конформацию, что является большим недостатком.

«К тому же большинство прежних методов были применимы только к РНК, причём именно к одиночной цепи. А наш работает с ДНК и двумя или более цепями, и мы даже можем детектировать сайты, возникающие „на стыке“, при взаимодействии нескольких макромолекул», — добавил аспирант Сколтеха Игорь Козловский, первый автор работы.

«Хороший пример того, почему не стоит игнорировать конформацию, связан с самым распространённым типом ВИЧ, — продолжил учёный. — У него есть участок РНК, на который нацелены многие лекарства. Но хотя последовательность нуклеиновых кислот одна и та же, при изменении конформации молекулы меняется набор препаратов, которые могут на неё воздействовать. Предсказания нашей нейросети воспроизводят этот эффект».

У нового решения есть одно неожиданное применение «задом наперёд»: можно вместо распознавания сайтов связывания на потенциальной мишени, рассмотреть проблемное действующее вещество. Это может быть малая молекула вроде гормона, действие которой вызывает болезнь.

«Можно эти малые молекулы „отвлечь“. Для этого надо соорудить короткую последовательность нуклеиновых кислот, называемую аптамером, которая будет служить мишенью для проблемного гормона или другого вещества. На аптамере, очевидно, должен быть сайт связывания, и наше решение можно использовать для дизайна аптамеров с более сильным взаимодействием, — заключил Попов.

Статья опубликована в журнале Nucleic Acid Research: Genomics and Bioinformatics Источник: skoltech.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Вирусологи идентифицировали 5504 новых вида вирусов в образцах океанской воды. Вирусы были обнаружены с помощью алгоритма машинного обучения при обследовании 35 000 проб воды со всего мира.
подробнее...

Группа астрономов при помощи Очень Большого телескопа Европейской Южной обсерватории (VLT ESO) наблюдала новый вид звездных взрывов — вспышку микроновой. В ходе каждой такой вспышки, происходящей на
подробнее...

Биологи собрали de novo геном динго и сравнили его с геномами пяти пород домашних собак. Оказалось, что динго — сестринская группа по отношению к домашним собакам. Ученые также обнаружили у динго и
подробнее...

Международная группа палеонтологов обнаружила новые доказательства того, что у птерозавров, летающих родственников динозавров, были перья и они могли контролировать их цвет с помощью пигментов
подробнее...

Российские ученые применили новейшую технологию на основе машинного обучения, позволившую точно определить очень близкие виды насекомых, сообщает пресс-служба Российского научного фонда
подробнее...

Американские исследователи определили, что останки пауков олигоценового периода (примерно 23-34 миллиона лет назад) дошли до наших дней благодаря микроводорослям и уникальной химии членистоногого,
подробнее...

После того, как самцы паука Philoponella prominens, обитающего в Китае, Корее и Японии, спариваются с самкой, они резко отпрыгивают от самки со скоростью до 88 сантиметров в секунду. Исследователи из
подробнее...

Корейские ученые разработали новую платформу для редактирования генов – TALED. С ее помощью они смогли поменять аденин на гуанин – азотистые основания ДНК – в митохондриях, сообщает Институт
подробнее...

Ученые из Великобритании и Мексики обнаружили в мексиканских лесах шесть новых видов лягушек, которые достигают в длину не больше 15 миллиметров. Взрослые самцы самого маленького из этих видов,
подробнее...

Развитие молекулярной биологии и биотехнологий позволило создать множество биосенсоров и тестов для диагностики — от быстрых анализов на COVID-19 до экспресс-тестов на патогены, поражающие
подробнее...

Сотрудники Музея землеведения МГУ предложили гипотезу, согласно которой массовые вымирания, неоднократно случавшиеся в истории Земли, могли быть запущены движением литосферных плит. В результате этого
подробнее...

Исследователи из Европейской молекулярно‑биологической лаборатории (EMBL) в Барселоне создали 3D-модель in vitro, которая имитирует, как структуры-предшественники, дающие начало позвоночнику,
подробнее...

Международная группа ученых из России и Германии открыла механизм работы на атомном уровне важного клеточного белка бактериородопсина. Оказывается, с помощью света белок организует «протонные провода»
подробнее...

Ученые эксперимента CMS на Большом Адронном Коллайдере выполнили самое точное на сегодняшний день измерение массы истинного (top) кварка — самой тяжелой из известных элементарных частиц. Полученная
подробнее...

Японские палеонтологи описали два новых вида нелетающих лебедей, которые обитали в Японии 11,5 миллиона лет назад. Ученые назвали их Annakacygna hajimei и A. yoshiiensis. Эти лебеди отличались от
подробнее...

Исследователи Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) выяснили, что транскрипционный фактор Zeb1, в частности, способствующий метастазированию раковых клеток молочной железы, при повышении его концентрации
подробнее...

Сотрудники лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ обнаружили, что вода в белках, отвечающих за обеспечение живых систем энергией, и вода, на которую воздействуют постоянным электромагнитным полем
подробнее...

Физики из Канады, Китая и России провели детальное вычисление энергий и ширин нескольких уровней пионного гелия. В своих расчетах они добились относительной погрешности в четыре миллиардных доли, что
подробнее...