Структурный анализ и белковая инженерия

Открыта регистрация на школу-конференцию: «Инженерия живых систем — достижения и перспективы: к 25-летию кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ»!

📅 8–10 ноября 2025 года
📍Биологический факультет МГУ
✅ Участие бесплатное

В рамках мероприятия:
🎤 Лекции ведущих специалистов
📊 Постерная сессия
🧪 Специальная секция школы «Генетика и эпигенетика: достижения и перспективы»

Основные направления:
• Генная, белковая, клеточная и тканевая инженерия
• Синтетическая биология и генетические технологии
• Биоматериалы для медицины и биоэкономики
• Компьютерные методы в биоинженерии
• Экологическая биоинженерия

Ключевые даты:
15.08–01.10 – подача заявок и тезисов
10.10 – уведомления о принятии тезисов
01.11 – публикация программы
08.11–10.11 – проведение школы-конференции

🔗 Регистрация на сайте конференции
📌 Тезисы будут проиндексированы в РИНЦ. При отборе на очное участие приоритет будет отдаваться тем участникам, чьи тезисы были приняты оргкомитетом.

По вопросам обращаться:
✉️ engbiosys@conf.msu.ru

В Nature опубликована статья про метод BindCraft. Препринт и код давно были доступны, но теперь публикация прошла официальное рецензирование. За это время многие лаборатории успели попробовать подход, и выяснилось, что он довольно универсально хорошо работает. Статья открытая, рекомендуется читать целиком, а на рисунке - выборка кейсов, где для каждого указано число успешных байндеров из попробованных, и K_D для лучшего из них. Общий вывод - с одной стороны, для большинства мишеней байндер можно найти с ~10 попыток, а с другой - пикомолярных афинностей, как бывает для лучших антител, пока не наблюдается :)

Ссылка на статью: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09429-6

Растет количество потенциальных применений инженерных белков в медицине: в журнале Cell вышла статья, где описывается разработка пептида, модулирующего действие мутированных натриевых каналов (вызываемые мутациями нарушения в трансмембранных токах приводят к аритмиям, эпилепсии и другим недугам).

Пептид (альфа-спираль) поитерировали через AlphaFold в пакете ColabDesign, варианты просеяли через другие алгоритмы предсказания структуры и отправили на проверку в экспериментах. Отобранный вариант работал ин витро, и - что более важно - ин виво на мышиных моделях заболеваний. Правда, доставка осуществлялась не в виде молекулы, а с помощью аденовируса, который содержал ген, кодирующий пептид.

Ссылка на статью: https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.07.038

Важный момент, про который иногда забывают при анализе кристаллических структур - что в кристалле у молекулы всегда есть соседи, но для экономии места в структурных файлах обычно хранятся лишь координаты атомов в "асимметричной ячейке" (asymmetric unit cell). Координаты остальных атомов и молекул могут быть получены при помощи операторов симметрии.

Недавно, кристаллизуя белок iRFP, флуоресцирующий в ближнем ИК-диапазоне, наткнулись на любопытный пример: в асимметричной ячейке присутствуют две молекулы белка (зеленая и сиреневая на рисунке), но если посмотреть аккуратно, то становится ясно, что каждая из них является частью димера (соседи по кристаллу показаны желтым). При этом, один из димеров - параллельный, а другой - антипараллельный. Таким образом, в одном кристалле один и тот же белок образовал димеры двух разных типов.

Подробнее - в статье с коллегами из Института цитологии РАН: doi.org/10.1111/febs.70220

Живые организмы не перестают удивлять - в новой статье в Science найдены белки, которые в панцирных моллюсках помогают формированию зубов, нанося на них оксид железа (зубы нужны для соскребания водорослей с камней). Структуры самих белков пока нет, а значит у структурных биологов появилась работа. Кто первый отправит CsRTMP1 в Альфафолд и объяснит, как он связывает железо?

Статья: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu0043
Комментарий: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz8241

Механизмы селективности ионных каналов давно интересуют структурных биологов и молекулярных биофизиков. Одними из самых сложных для понимания остаются катионные каналы, проводящие натрий и калий: ионы очень похожи, а каналы могут проводить одни из них на порядки эффективнее, чем другие.

В новой работе команды из ИБХ (и МФТИ 😉) при помощи сложного и аккуратного моделирования показано, что в случае бактериальных натриевых каналов (как и некоторых других) ключевую роль играет хелатирование - то, как молекулы воды структурируются вокруг ионов (в очередной раз подчеркивая, что если вокруг биомолекулы не нарисована вода, то это не означает, что ее там нет). Селективный фильтр бактериального натриевого канала оптимально взаимодействует с гидратной оболочкой Na+, тогда как оболочка K+ вынуждена «сжиматься», что препятствует прохождению иона.

Работа опубликована в журнале Structure, а также удостоена попадания на обложку номера: https://doi.org/10.1016/j.str.2025.05.010

Завтра (в субботу 9 августа) в 18:00 по Москве под эгидой Бластим провожу открытый вебинар "Структурная биоинформатика сегодня и завтра"

🎯 Что вы узнаете?

— Основные задачи структурной биоинформатики и ее применение в биологии, биотехнологии и медицине
— Ключевые методы и инструменты, их связь с экспериментальными подходами
— Последние достижения в области структурной биоинформатики

А также вопросы будущего структурной биоинформатики в свете быстрого развития ИИ:

🔹какие навыки будут больше всего необходимы?
🔹какие инструменты необходимо осваивать?
🔹какие навыки и инструменты потеряют актуальность?
🔹какие специалисты нужны больше всего?

Для участия в вебинаре нужно зарегистрироваться (https://agency.blastim.ru/str_bioinf_form) - запись будет

Иммунная система узнает зараженные или неправильно ведущие себя клетки по необычным пептидам, выставляемым наружу комплексами гистосовместимости (MHC). Однако, найти или разработать антитела, которые будут узнавать конкретный комплекс MHC и пептида, нелегко, поэтому многие команды работают над созданием искусственных белков для этой задачи.

Две недели назад в Science одновременно вышло целых три статьи, в которых эта задача решена (традиционно включая работу из лаборатории Дэвида Бейкера):
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv3813
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv0422
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv0185

При этом, в соцсетях авторов критикуют за то, что они недостаточно ссылаются на более ранние работы из Nature Biotechnology:
https://doi.org/10.1038/s41587-024-02505-8
https://doi.org/10.1038/s41587-024-02466-y

Краткая выжимка результатов приведена на коллаже, а любителям иммунитета, борцам с онкологией и белковым инженерам будет полезно посмотреть статьи глубже.

Одной из важных задач структурной биоинформатики является поиск структурных мотивов, образующих активные и регуляторные сайты, сайты связывания и т.д. Их поиск часто осложнен тем, что мотив может быть образован аминокислотами, принадлежащими разным элементам вторичной структуры, с разным количеством аминокислот между ними в разных белках. Соответственно, если белки-мишени не являются близкими гомологами (например, схожие сайты возникли благодаря конвергентной эволюции), обнаружить сходство становится очень вычислительно трудоемкой задачей, особенно если хочется искать по всем доступным структурным моделям, а не только PDB.

Ранее, лаборатория проф. Martin Steinegger разработала ультрабыстрые алгоритмы для поиска гомологов по последовательности (MMseqs2) и поиска фолдов (FoldSeek). Теперь ими представлен и инструмент для поиска мотивов - FoldDisco. Искать можно через сервер https://search.foldseek.com/folddisco или самостоятельно.

Ссылка на препринт: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2025.07.06.663357v1

По просьбам желающих к каналу добавлены комментарии, вероятно только для новых сообщений.

Анимация от Sergey Ovchinnikov - одного из ведущих специалистов по методам структурной биоинформатики

Один из самых популярных вопросов про Альфафолд - выучил ли он физику белка, может ли реалистично предсказывать энергию взаимодействий?

В новом препринте сделан аккуратный анализ, общее резюме которого - что-то Альфафолд выучил, но не на 100% и полагаться на него полностью никогда нельзя.

Геометрия белкового остова (бэкбона) предсказывается реалистично, а дальше начинаются чудеса - для взаимодействий отдельных атомов боковых групп могут быть отклонения как в среднем, так и по разбросу, водородные связи иногда предсказываются там, где их нет, а иногда пропускаются там, где должны быть.

https://doi.org/10.1101/2025.06.30.662466

Статьи по микробиологии все чаще начинают содержать данные по функциональной аннотации генов на основе предсказаний структур кодируемых ими белков - например, элементов цитоскелета или нанокомпартментов - как в этом препринте про новые археи Asgard:

An Asgard archaeon from a modern analog of ancient microbial mats https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2025.07.22.663070v1

Бластим задумывается о необходимости образовательных курсов в области структурной биологии и биоинформатики и проводит опрос о том, какие инструменты и методы действительно нужны исследователям прямо сейчас: https://forms.yandex.ru/u/68678c4290fa7b18dafda6c8 (время на заполнение 5-7 минут)

Прошедшим обещана подборка бесплатных материалов от Бластим👨‍🎓

Также для интересующихся организован чат: https://t.me/StructureBioInf

(бесплатная реклама, редакция ответственности не несет :)

Красивая работа в Science Advances про структуру вируса, заражающего тепло- и кислотолюбивые археи Sulfolobus. Всегда удивительно, как мягкая материя может собираться в хитрые структуры, которые еще и потом что-то делают (залезают в другую клетку и запускают там синтез новых вирусов).

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv7326

Интересное сравнение нескольких популярных кодов для предсказания структур на геномах кукурузы.

Некоторые полезные выводы:

- Boltz-2 быстрее, чем Boltz-1
- Boltz-1 и ESMFold чаще дают структуры с проблемными местами
- предсказать все белки протеома с помощью Boltz займет около месяца
- на разных мишенях разные коды работают лучше

Ссылка на препринт: https://doi.org/10.1101/2025.07.05.663230

Флагеллярные моторы бактерий продолжают удивлять своей красотой!

В новой работе исследователям удалось изучить структуру мотора прямо в бактерии Campylobacter jejuni и различить белковые структуры, расположенные между внутренней и внешней мембраной.

Ссылка на статью (открытый доступ):

https://doi.org/10.1038/s41564-025-02012-9

Белковая инженерия бывает и такой:

Опираясь на известные ранее факты, исследователи сделали минимальный пептид, состоящий всего из двух видов аминокислот: отрицательно заряженных глутаматов и положительно лизинов, (E4K4)4, и обнаружили, что, вопреки ожиданиям, такая молекула и поглощает на 280 нм (обычно считается, что там поглощают только ароматические аминокислоты и цистеин), и флуоресцирует (максимум на ~420 нм)!

Правда, представление пептида в виде спирали видимо не совсем точное, так как эксперименты по круговому дихроизму показали лишь 36% альфа-спиралей в образце.

Ссылка на работу: https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.102631