Ученые разработали метод глубокого обучения для создания билин-связывающих белков

Группа Дэвида Бейкера из Вашингтонского университета (Сиэтл, США) разработала новый метод глубокого обучения RoseTTAFold All-Atom (RFAA) для предсказания и дизайна комплексов белков, малых молекул и нуклеиновых кислот. На его основе был создан RFdiffusionAA, который строит белковые структуры вокруг малых молекул.

Это означает, что теперь в принципе возможно не только создавать белки с нуля, но и проектировать белки, которые будут связывать широкий спектр кофакторов и субстратов. Это прорыв в белковом дизайне, так как большинство ученых работают с белками, связывающими малые молекулы. Для проверки RFdiffusionAA требовалась подходящая тестовая система.

Профессор Нил Хантер из Шеффилдского университета предложил в качестве кандидата билины. Его группа ранее, в работе с бывшим аспирантом Сэмом Барнеттом, получила штаммы E. coli, синтезирующие билины, а также продуцирующие нативный билин-связывающий белок CpcA. Исследование опубликовано в журнале Science.

Известно, что билины оптически неактивны, пока не окажутся в определенном сайте связывания, после чего становятся интенсивно окрашенными и флуоресцентными. В данной работе аспирант Феликс Морей-Берроуз из группы Хантера/Хичкока разработал мультилуночный анализ, позволяющий параллельно тестировать множество генов, сгенерированных RFdiffusionAA, используя клетки E. coli, способные производить фикоэритробилин (PEB).

Морей-Берроуз оценил 94 дизайна за один раз. Анализ выявил визуально окрашенные клетки в девяти лунках. Было идентифицировано девять белков, не похожих друг на друга и на любой природный билин-связывающий белок, на основе пигментации или флуоресценции. Важнее всего, что этот эксперимент доказал работоспособность RFdiffusionAA. Этот метод должен быть немедленно полезен для:

• Моделирования комплексов белок-малая молекула, особенно многокомпонентных биомолекулярных сборок, для которых нет альтернативных методов.
• Дизайна белков и сенсоров, связывающих малые молекулы.

Для текущей работы в Группе по изучению фотосинтеза в Шеффилде диапазон в 34/30 нм в поглощении/излучении, достигнутый всего за один раунд дизайна с использованием одного хромофора, открывает захватывающую перспективу настройки спектральных профилей создаваемых билипротеинов путем манипулирования конформационной гибкостью билина и белкового микроокружения.

Эта работа не ограничивается билинами. Созданные с нуля антенные комплексы могли бы улавливать свет в более широком диапазоне УФ-видимого спектра для повышения эффективности захвата и конверсии энергии при фотосинтезе. Флуоресцентные репортерные зонды с настраиваемыми максимумами возбуждения/излучения стали бы полезными биохимическими инструментами.