Белковая инженерия. Как нейросети помогают сохранять зрение

Российские ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН, МФТИ и МГУ при помощи искусственного интеллекта и нейросетей оптимизировали белок AstaP, чтобы улучшить его свойства для доставки каротиноидов в клетки сетчатки глаза. Это открытие может стать шагом к разработке методов предотвращения возрастной дегенерации сетчатки, одной из основных причин слепоты у пожилых людей.

Белок AstaP, найденный в микроводорослях, обладает уникальной способностью связывать антиоксиданты – каротиноиды, способные защищать сетчатку от вреда пигмента липофусцина. Однако его природная структура не оптимальна для таких задач. Российские исследователи использовали нейросети типа MPNN для проектирования новых вариантов белка, названных NeuroAstaP. Они показали более высокую стабильность и эффективность доставки антиоксидантов, сохраняя функциональность природного AstaP.

"Оптимизация структуры AstaP под задачи, связанные с доставкой каротиноидов, может помочь пожилым людям сохранять зрение."

- Николай Случанко, заведующий лабораторией белок-белковых взаимодействий ФИЦ Биотехнологии РАН

Ключевой особенностью исследования стало применение данных ЯМР-спектроскопии для расчетов. Этот метод позволяет работать с белками, которые нельзя кристаллизовать. Используя подход пошагового улучшения характеристик моделей, ученые адаптировали популярные алгоритмы нейросетей для работы с такими данными, что расширило возможности белковой инженерии в биотехнологии и медицине.

Результаты работы показали, что четыре из пяти спроектированных белков сохранили свою функциональность, а также продемонстрировали улучшенные характеристики, такие как уменьшенный размер. Новый подход к инжинирингу белков позволяет не только создавать более эффективные молекулы, но и применить этот метод для широкого спектра задач.

"Наш метод позволяет использовать алгоритмы для белковой инженерии в данных ЯМР, что открывает новые возможности для медицинских и биотехнологических приложений."

- Иван Гущин, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ

Источник: пресс-служба ФИЦ Биотехнологии РАН