Сравнение сложных белковых сетей в клетках может привести к новым открытиям в биологии

Учёные разработали способ изучения клеток путём сравнения того, как взаимодействуют белки внутри них.

Команда из Имперского колледжа Лондона создала алгоритм MI-GRAAL, позволяющий изучать сети белок-белковых взаимодействий (PPI), в которых белки клетки связываются в сложные сети для выполнения своих функций. Эти PPI-сети являются строительными блоками важнейших молекулярных процессов, таких как репликация ДНК, поэтому их сравнение у разных видов может дать новые биологические инсайты.

В исследовании учёные использовали MI-GRAAL для сравнения PPI-сетей у ряда видов, включая дрожжи, клетки человека и различные штаммы вируса герпеса.

Команда обнаружила, что PPI-сети в клетках дрожжей и человека совпадают на 78%. Это стало неожиданностью, так как виды находятся на противоположных концах эволюционного спектра. Однако это открытие предполагает, что клетки всех форм жизни имеют сходный способ организации своих внутренних структур.

Исследователи также проанализировали разные штаммы вируса герпеса и обнаружили, что, глядя на их PPI-сети, можно увидеть их принадлежность к одному семейству и восстановить их эволюционные взаимоотношения. До этой работы подобные закономерности могло выявить только сравнение последовательностей ДНК.

Кроме того, учёные сравнили бактерии Campylobacter jejuni и Escherichia coli (E. coli), вызывающие пищевые отравления. Они выяснили, что 56% PPI-сети Campylobacter jejuni присутствует в Escherichia coli. Эта работа — первый шаг к пониманию роли белков в этих пока малоизученных бактериях.

Доктор Наташа Пржуль, ведущий автор исследования из Департамента вычислительной техники Имперского колледжа Лондона, комментирует:

«Сейчас учёные сравнивают генетические последовательности разных видов или индивидуумов, чтобы понять, как мы устроены и каковы причины определённых заболеваний, и это дало нам массу информации. Однако гены — это лишь инструкция, которая говорит сетям в нашем теле, как производить различные типы белков, и именно эти белки выполняют всю работу. Теперь мы разработали способ изучения белков, который, как мы надеемся, даст нам совершенно новую перспективу в клеточной биологии. Белок-белковые взаимодействия очень сложны, поэтому мы приложили много усилий, чтобы создать алгоритм, способный их анализировать и выравнивать. Мы считаем, что созданный нами инструмент будет невероятно полезным».

Для анализа клеток исследователи вводят в компьютер существующие данные о PPI-сетях, а затем используют алгоритм MI-GRAAL для их выравнивания и сравнения между разными клетками.

MI-GRAAL должен помочь учёным определить функции конкретных белков в клетках, многие из которых до сих пор плохо изучены. Его также можно использовать для сравнения PPI-сетей здоровых и больных клеток, чтобы определить, какие белки повреждены при конкретных заболеваниях, и разработать новые методы лечения, нацеленные на эти белки.

Исследование опубликовано в мартовском выпуске 2011 года журнала Bioinformatics.