Белки в организме не стоят на месте: они постоянно изгибаются, поворачиваются и меняют форму, и именно эти движения часто определяют, как они работают в клетке. Исследователи из Arizona State University показали, что такие важные движения можно быстрее находить в компьютерных моделях, а результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.

Суть идеи в том, чтобы не смотреть на белок как на неподвижную структуру, а уловить его самые медленные и крупные движения — именно они часто связаны с переходом из одной рабочей формы в другую. Для этого команда использовала метод FRESEAN, который выделяет такие движения даже из коротких симуляций и при этом дает воспроизводимые результаты.

Авторы проверили подход на пяти хорошо изученных белках, включая HIV-1 protease и KRAS, и показали, что найденные направления движения помогают быстрее исследовать, какие формы белок может принимать. По сути, эти движения становятся «направляющими», по которым можно быстрее пройти по возможным состояниям белка и понять, где ему легко менять форму, а где трудно.

Главное практическое преимущество — скорость. В статье Science Advances сказано, что такие расчеты можно выполнить примерно за один день на стандартном высокопроизводительном GPU-оборудовании, тогда как раньше на подобные задачи могли уходить недели или даже месяцы.

Почему это важно для медицины: многие лекарства работают не только за счет прямого связывания с белком, но и через влияние на его форму и внутренние перестройки. Если ученые лучше понимают, как именно белок движется, им проще искать новые уязвимые места для лекарств, точнее подбирать молекулы и изучать сложные эффекты, связанные с раком и устойчивостью к антибиотикам.

Авторы отдельно отмечают, что такие быстрые расчеты могут быть полезны и для обучения следующих поколений ИИ-моделей, которые будут учитывать не только связь «последовательность-структура», но и «последовательность-структура-динамика». Это важный шаг к более реалистичному дизайну лекарств, потому что в живой системе белок — это не фотография, а постоянно меняющийся объект.