Загляните на сотни миллионов лет в прошлое белка с помощью AlphaFold, чтобы узнать о зарождении самой жизни

Педро Бельтрао — генетик в ETH Zurich в Швейцарии. Он делится своей историей AlphaFold.

Как ученого, меня интересуют наши различия.

Точнее, меня интересует, как возникают эти различия. Хотя многие люди работают над тем, как изменения в ДНК приводят к изменениям в наших чертах характера – например, от предрасположенности к определенным заболеваниям или просто от того, почему некоторые люди выше других, – наше исследование изучает, почему это происходит.

В конечном счете, нам хотелось бы иметь модель, которая бы точно говорила нам, как человек будет меняться или какие черты характера у него будут, если он будет нести мутацию в определенном положении своей ДНК.

Чтобы это построить, предстоит пройти долгий путь.

Первый уровень предполагает выяснение того, какие мутации в ДНК не вызывают изменений. Для этого нужно задаться вопросом: влияет ли это на белки или нет? Затем, поскольку белки работают вместе, выполняя функции, нам необходимо знать, как это работает и как такие функции проявляют себя. Это может означать разные вещи в зависимости от того, рассматриваем ли мы клетку мозга, клетку почки или клетку кожи. Конечно, каждый орган тоже индивидуален. Нужно понять множество прогрессий и переменных: от одной мутации до белка, группы белков, самой клеточной ткани, а затем до выяснения того, как ведет себя весь организм.

До AlphaFold у нас были некоторые белковые структуры как для отдельных белков, так и для комплексов — например, около 5% взаимодействующих пар имели известную структуру. Сейчас ситуация быстро меняется. Более того, теперь у нас есть прекрасная возможность изучить эволюцию белков в зарождении жизни.

Эту часть нашего исследования я считаю особенно интересной. Когда мы хотим вернуться в прошлое, чтобы взглянуть на эволюцию, мы обычно делаем это, сравнивая последовательности белков разных видов. Сделав это, мы можем попытаться угадать, как выглядела эта последовательность в эволюционном прошлом.

Без белковых структур мы можем лишь вернуться в прошлое: наступает момент, когда мы теряем уверенность в том, как все выглядело сотни миллионов лет назад. Используя AlphaFold и сравнивая трехмерную форму белков, он сохраняет сигнал в течение длительного времени, поскольку трехмерная структура белков сохраняется дольше, чем последовательность, кодирующая эту форму.

В результате теперь мы можем проследить эволюцию белков на протяжении более длительных периодов эволюционной шкалы времени и, скорее всего, сделать вывод о том, какой была самая ранняя предковая клетка, глядя на то, какими были белки на протяжении сотен миллионов лет в прошлом.

Часто в науке происходит скопление постепенных изменений, когда новые технологии, методы или системы накапливаются с течением времени или развиваются медленно. И время от времени у вас бывают времена трансформации. Нет сомнений в том, что AlphaFold положил начало времени трансформации. Это невероятно увлекательно. Теперь у нас есть возможность узнать гораздо больше о биологии человека и о происхождении самой жизни.