Биологи и математики из МФТИ и США научили компьютер в 10 раз быстрее предсказывать то, как будут взаимодействовать белки внутри клеток, что поможет созданию лекарств от рака и врожденных болезней, говорится в статье, опубликованной в журнале PNAS.

"Новый подход позволяет моделировать взаимодействия белков на уровне генома. Это приведет к лучшему пониманию того, как функционируют наши клетки и позволит разрабатывать лекарства от болезней, вызванных "ошибочными" белковыми взаимодействиями", — заявил Дмитрий Козаков из Московского Физтеха в Долгопрудном и университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке (США).

Даже самые простые белки состоят из нескольких сотен и тысяч аминокислот, зачастую закрученных в сложную трехмерную структуру. По этой причине определение того, как один белок будет взаимодействовать с другим внутри организма, является крайне сложной вычислительной задачей, с решением которой с трудом справляются даже суперкомпьютеры.

Козаков и его коллеги смогли заметно упростить эти вычисления и ускорить их как минимум в 10 раз, используя методы квантовой физики, позволившие им "разбить" молекулы белков на своеобразные "кубики", взаимодействие которых друг с другом и соседями можно было просчитать отдельно друг от друга при помощи систем параллельных вычислений.

 Наличие хотя бы одного гена рыжего цвета волос и веснушек в ДНК человека заметно увеличивает шансы на развитие рака кожи и появление иных мутаций в клетках тела не только для рыжих людей, но и даже для брюнетов и шатенов, заявляют генетики в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Это важное исследование, которое показывает, почему рыжеволосые люди должны защищать себя от сильных лучей солнца. Оно так же подчеркивает то, что к подобной защите должны стремиться не только рыжие. Люди, которые обгорают, а не загорают, или имеют просто светлую кожу, глаза или волосы, а также имеют веснушки или родинки, так же находятся в группе риска", — прокомментировала выводы ученых Джули Шарп (Julie Sharp) из Центра изучения рака Великобритании.

Выработкой пигментов, которые определяют цвет кожи и волос человека, управляет молекула-рецептор из семейства меланокортинов, MC1R. Мутация в гене, кодирующем этот белок, приводит к появлению рыжеволосых людей с характерной светлой кожей. У них чаще, чем у других людей, развивается меланома — наиболее опасный вид рака кожи.

Дэвид Адамс (David Adams) из Института Сангера в Хинкстоне (Великобритания) и его коллеги определили, что подобные мутации угрожают не только рыжим людям, но и гораздо более широким слоям населения, изучая ДНК раковых клеток, извлеченных из меланом четырех сотен жителей Британии.

Этот анализ привел к довольно неожиданным выводам. Оказалось, что наличие хотя бы одной "рыжей" копии гена MC1R приводило к резкому увеличению в числе мелких мутаций длиной в одну "букву"-нуклеотид в ДНК раковых клеток. Это вело к непредсказуемым последствиям, в том числе к росту агрессивности рака, повышению его стойкости к химиотерапии и метастазированию.

В среднем, появление одной мутантной копии MC1R приводило к повышению числа мелких мутаций на 42%, что эквивалентно тому, если бы человек провел 21 год на открытом солнце, не обладая подобной версии гена. Это означает, что загар может вредить и ускорять развитие рака не только для рыжих людей, но и для брюнетов, шатенов и блондинов, один из чьих родителей или прародителей был рыжим или была рыжей.

По этой причине ученые советуют всем людям, чья кожа обладает высокой чувствительностью к солнцу или чье лицо и тело покрыто веснушками, избегать прямых лучей света и защищать себя при помощи средств от загара при походах на пляж, а также носить солнечные очки и шляпы в светлое время суток и просто избегать солнцепека с 11 утра и по 3 часа вечера.

Ранее ученые определили возможный молекулярный механизм, отвечающий за большую уязвимость людей с мутациями в гене MC1R для солнечных лучей, по сравнению с более темнокожими людьми.

Рыжеволосые люди больше подвержены риску развития меланомы, виду рака кожи, потому что генетическая мутация, связанная с рыжим цветом волос и светлой кожей, нарушает способность рецепторов пигментных клеток кожи связываться с одним из "противораковых" белков, говорится в статье, опубликованной в журнале Molecular Cell.

 Использование в ЛНБИ НИЯУ МИФИ нанокристаллов в качестве флуорофоров

Ученые из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» совместно с коллегами из Пхоханского университета науки и технологии (Pohang University of Science and technology) Республики Корея завершают разработку уникальной наносистемы для ранней диагностики онкологических заболеваний.

Создаваемая учеными наносистема – «диагностический нанозонд» – состоит из ярко флуоресцирующей полупроводниковой частицы размером в несколько нанометров и соединенных с её поверхностью специальных молекул («однодоменных антител»), способных распознавать раковые клетки определенного типа и соединяться с ними, тем самым делая их «видимыми». В наносистеме используются только антитела, получаемые из организмов лам, верблюдов и акул, так как по сравнению с антителами, вырабатываемыми в организмах других животных, они обладают более простым строением и меньшими размерами.

Схема работы диагностического нанозонда 

Корейские исследователи синтезировали полупроводниковые наночастицы, способные светиться в инфракрасной области спектра. Российские ученые смогли специальным способом соединить однодоменные антитела с поверхностью наночастиц. В результате удалось достигнуть максимально высокой эффективности распознавания раковых клеток в экспериментах на животных.

«Преимуществом нового нанозонда является его малый размер – диаметр создаваемых диагностических меток в 13 раз меньше известных аналогов – а также его более высокая стабильность (нанозонд не распадается при высоких температурах) и специфичность распознавания присутствия раковых клеток», — сообщил ведущий ученый межкафедральной лаборатории нано-биоинженерии НИЯУ МИФИ Игорь Набиев.

Он добавил, что «флуоресценция используемых наночастиц в инфракрасном диапазоне позволяет использовать область прозрачности биологических тканей, что в сочетании с высокой яркостью свечения нанозонда позволяет видеть его даже на значительной глубине проникновения, обнаруживая раковые клетки практически в любой части организма».

По словам ученого, в новой диагностической системе используются молекулы, распознающие клетки рака молочной или предстательной желез. Однако использование аналогичной технологии с применением других распознающих молекул позволит проводить диагностику и других онкологических, инфекционных, воспалительных, а также иммунных заболеваний. Кроме диагностики разрабатываемые нанозонды могут применяться и для адресной доставки лекарственных препаратов.

Работа над диагностическим нанозондом в рамках совместного российско-корейского проекта осуществляется при поддержке правительства РФ. Сейчас ученые находятся на завершающем этапе разработки технологии, на изобретения поданы два патента. Внедрение новой диагностической системы в медицинскую практику ожидается в течение 2-3 лет после окончания проекта и завершения доклинических и клинических испытаний, отмечается в сообщении.

12.07.2016 Источник: mephi.ru