Superkomputer pobije rekord w prędkości badania

Superkomputer Anton zbada zmiany w trójwymiarowej strukturze białek w ciągu milisekundy - ponad stukrotnie szybciej niż zrobiono to w poprzednich uznanych za rekordowe, badaniach - pisze Nature

Białka są ciągiem aminokwasów, fałdujących się w struktury przestrzenne, w dużym stopniu determinujące ich funkcję. Zrozumienie, jak i dlaczego białka przybierają specyficzny kształt, jest od dawna celem biologów strukturalnych, ale poprzednie symulacje komputerowe trwały zbyt krótko, aby w pełni wymodelować ten proces.

Jak pisze Nature, większość poprzednich badań nakierowana była na proste przewidywanie końcowego produktu - ostatecznej struktury białkowej - na bazie sekwencji aminokwasów. Symulacja Antona idzie dalej aż do rzadko spotykanego, dokładnego przyjrzenia się dynamicznemu tworzeniu białek - jak się fałdują, rozprostowują, skręcają i zwijają.

"Dominowało przekonanie, że sfałdowana struktura białka jest statyczna jak skała, ale faktem jest, że to nieprawda. Jest bardzo mobilna. Rośnie i przekształca się pomiędzy konformacjami" - twierdzi biolog strukturalny David Eliezer z Weill Cornell Medical College w Nowym Jorku, zaangażowany w badania.

Anton został stworzony przez badaczy z niezależnego nowojorskiego instytutu naukowego D.E. Shaw Research. Instytut jest dziełem byłego profesora Columbia University w Nowym Jorku, Davida Shawa, który opuściwszy uniwersytet w 198. roku dorobił się majątku na Wall Street. W 2009 roku był on 123 na liście najbogatszych 400 obywateli USA amerykańskiej edycji magazynu Forbes z 2,5 mld USD majątku. Od 2001 roku prowadzi badania naukowe we własnym instytucie, nie korzystając z funduszy rządowych. Zamierza w ich toku rozwiązać podstawowe kwestie związane z dynamiką białek.

Stworzony przez badaczy komputer Anton otrzymał nazwę od nazwiska Antonie'go van Leeuwenhoeka, XVII wiecznego biologa i botanika holenderskiego, "ojca mikrobiologii", który po raz pierwszy użył mikroskopu do badań nad mikrobami. Anton jest superkomputerem przystosowanym do jednego zadania - modelowania interakcji cząsteczka-cząsteczka.

Symulacje Antona oparte są na fizycznych modelach sił zachodzących pomiędzy atomami białek i przynależnych im molekułach wody. Komputer dzieli czas na bardzo małe odcinki wielkości femtosekund i określa jak atomy będą się poruszały w danym odcinku czasu, obliczając siły między wszystkimi ich parami w systemie.

Dla sprawdzenia umiejętności Antona zespół wybrał dwa od dawna badane eksperymentalnie białka: jedno jest istotnym fragmentem białka zwanym domeną WW, drugi to inhibitor trypsyny trzustkowej.

Symulacja wykazała jak białka te zwijały się, rozwijały i zwijały powtórnie. "Zgodność z eksperymentalnymi danymi jest zdumiewająca" - podsumowała badania Chandra Verma, biolog strukturalny z Bioinformatics Institute należącego do Agency for Science, Technology and Research w Singapurze.

Jak powiedział Nature Eliezer, zrozumienie tych ruchów białek może być krytyczne dla rozpoznania podstawowych procesów komórkowych i dla tworzenia leków, wspomagających konformację określonych białek. Białka rozwijają się bowiem kiedy ulegają degradacji lub kiedy są przygotowywane do transportu przez błonę komórkową. Białka, które nie zwijają się prawidłowo, mogą powodować poważne choroby jak Alzheimer i mukowiscydoza.