Очень интересная статья, как по сути изложенного, так и по примеру логической ошибки.
Иными словами, между первичной и структурой и конформацией белка и наоборот существует однозначное соответствие.
Нет, это не так. Читаем про догму Анфинсена и про работу белков-шаперонов.
Суммируя прочитанное, можно сказать, что сворачивание белка - это термодинамический процесс. Более того, в организме присутствуют специальные белки-шапероны, которые помогают естественным белковым структурам свернуться правильно. Почему? Потому что без шаперонов такие белки имеют НЕСКОЛЬКО устойчивых форм, и которых функциональной является только одна, а остальные - патогены. Приведен пример болезней, возникающих из-за неправильного сворачивания белков: губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота, Альцгеймер и Паркинсон.
Иными словами, НЕ СУЩЕСТВУЕТ однозначного и взаимного соответствия между первичной структурой белка и принятой им формой.
Для дизайна белков de novo ключевое значение имеет возможность теоретического предсказания конформации белка по заданной первичной структуре. Иными словами, это вычисление того, в какую 3-мерную структуру сложатся бусы с известной последовательностью бусинок-аминокислот. Поскольку постулируется, что соответствие первичной структуры и конформации однозначно, должен быть возможен и обратный процесс — определение первичной структуры по известной конформации. Казалось бы, при нынешних вычислительных возможностях компьютеров, «искусственного интеллекта», ну и, конечно, вложенном в в эту работу «естественном интеллекте», эти задачиа давно должна была быть решены. Но нет. Хотя прогресс достигнут впечатляющий, точное, чисто теоретическое, определение конформации белка по его первичной структуре пока невозможно.
Да, для коротких цепочек, которые при своем сворачивании не приводят к "зацеплениям", действительно, предсказание не просто возможно - оно хорошее. И короткие же цепочки, в принципе, теоретически позволяют "дизассемблирование". Потому что они короткие, потому что предсказание хорошее, потому что количество вариантов ограничено. Однако для больших белков, особенно для тех, для сборки которых требуются шапероны - даже прямое предсказание (из первичной во вторичную структуру) уже не работает.
Если у нас нет априори рабочего механизма однозначного предсказания вперед, то тем более у нас нет и такого механизма предсказания назад. Почему? Если белок длинный, и структура сложная, можно подобрать различные варианты окончания, и возможно, даже подобрать другие точки первой и последней аминокислоты в последовательности. То есть - собирать белок не от конца до конца, а от середины до середины. А это означает, что определение точной первичной последовательности по конечной форме становится невозможным.
Более того, предположив существование "невозможных" шаперонов, то есть шаперонов, которые не представлены в уже живущих организмах, можно предположить формы прионов, которые также невозможны.
Теперь по поводу белка S. При исследовании этого белка в коронавирусах установлены многие мутации, порождающие близкие формы. То есть - при подобии объемной структуры мы имеем разные первичные последовательности. Именно с этим связана проблема выбора эпитопов - требуется найти часть белка, которая с одной стороны, консервативна, то есть редко мутирует, и с другой - доступна, то есть находится на поверхности структуры. В рамках системы ограничений, то есть исходя из предположения, что это вирус, способный размножаться в человеческих клетках, то есть шапероны исключительно человеческие (если они есть), и что белок способен взаимодействовать с человеческим клеточным материалом (то есть трехмерная структура может "схватиться" за рецептор ACE2), мы можем наложить ограничения на первичную структуру. Но вне такой системы ограничений - нет.
Человеческий организм является результатом чудовищно длинной эволюции. И если бы была возможность прямого дизассемблирования белков, то это было бы уже давно реализовано природой в иммунных механизмах. Однако до сих пор подбор антител-генерирующих тучных клеток производится путем ускоренных мутаций и проб, то есть - брутфорсом. Природа не имеет алгоритма, по крайней мере, мы его не видим. А она знает об этом немножко больше нас.
Возможность подбирать небольшие первичные последовательности, исходя из трехмерной структуры, действительно, существует. В общем и целом, предположительно, такие структуры должны быть подобны реальным участкам рецептора ACE2 (для белка S), то есть тут даже можно просто брать готовые блоки. Однако возникает другая проблема - иммунитет. Являясь посторонними, по отношению к конкретному организму, белками, такие конструкции будут сами вызывать иммунный ответ, и организм будет их уничтожать, считая заразой.
Иными словами, идея дизайна белков de novo, несомненно, интересна с научной точки зрения. Однако практическое значение в качестве экспресс-метода борьбы с болезнями упирается в следующие проблемы:
1. Поиск эпитопов исходного (вирусного) белка для связывания требует времени.
2. Иммунная реакция на полученный препарат его нейтрализует.
3. Нам все равно требуется знать механизм заражения клетки вирусом, то есть - пройти полный цикл исследования вируса. К примеру, роль протеазы в разрезании RBD, без которой заражения для Ковид-19 не происходит, стала ясна довольно недавно...
4. Получив точные эпитопы, мы можем сделать mRNA-вакцину, и достаточно быстро. Если в ковидной гонке такие вакцины себя проявят, это означает, что mRNA-вакцина по времени изготовления не отличается от дизайнерских белков, но в отличие от них, порождает еще и правильный (противовирусный) иммунитет.
5. Возможно (пока нет свидетельств об эффективности) пептидные вакцины окажутся еще более быстрым способом реагирования.
Все это говорит о том, что не имея эпитопов, мы не можем делать ничего, включая дизайнерский белок, что противостояло бы заболеванию. А цикл изготовления различных вакцин, буде он будет отлажен, может оказаться быстрее, чем дизайнерские белки.
.
Journal information