• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

XXVIII-ая Международная конференция «Математика. Компьютер. Образование» (25 - 30 января 2021)

25-30 января 2021 состоялась Международная конференция «Математика. Компьютер. Образование» в формате онлайн, в рамках которой Алексей Шайтан, научный сотрудник международной лаборатории биоинформатики, представил доклад по статье «Моделирование и молекулярный дизайн комплексов белков и нуклеиновых кислот»

XXVIII-ая Международная конференция «Математика. Компьютер. Образование» (25 - 30 января 2021)

Збировская Е.П.

Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК являются основными носителями информации в живой природе. Ключом к пониманию того, каким образом происходит интерпретация, модификация, копирование генетической информации, является понимание взаимодействия нуклеиновых кислот с белками. Подобное понимание требуется и во многих задачах биоинженерии, связанных с узнаванием последовательностей нуклеиновых кислот, их модификацией, редактированием, регуляцией экспрессии генов. Для рационального понимания процессов взаимодействия белков с нуклеиновыми кислотами и дизайна функциональных систем важную роль играют методы компьютерного моделирования. Подходы к моделированию комплексов нуклеиновых кислот можно разделить на несколько групп: методы атомистической молекулярной динамики, методы огрубленного моделирования и методы интегративного моделирования. Методы молекулярной динамики позволяют исследовать конформационную подвижность систем с атомистическим разрешением, однако обладают серьезными ограничениями, связанными с возможным временами расчета и точностью силовых полей. Из-за заряженной природы нуклеиновых кислот их параметризация в классических силовых полях вызывает большие сложности, чем параметризация белков. Методы огрубленного моделирования нуклеиновых кислот возможны как на основе крупно-зернистого представления, так и на основе представления ДНК в динуклеотидном приближении с заданием потенциала на параметры отклонения нуклеотидных пар вдоль по цепи ДНК. Методы интегративного моделирования позволяют учитывать при построении моделей экспериментальные данные различной природы, в том числе данные различных биофизических и биохимических экспериментов. В докладе обсуждается применение различных подходов молекулярного моделирования для изучения комплексов белков и нуклеиновых кислот на примере нуклеосом, супрануклеосомной структуры хроматина и систем узнавания последовательностей нуклеиновых кислот на основе dCas9 белков. Последняя задача является примером применения методов моделирования для молекулярного дизайна функциональных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Задача сводится к определению оптимальной посадки двух dCas9 белков на ДНК так, чтобы присоединенные к ним функциональные домены репортерных белков находились на расстоянии оптимального взаимодействия. Репортерные белки могут представлять из себя пару флуоресцентных белков, взаимодействующих по механизмам Ферстеровского резонансного переноса энергии, или пару сплит-доменов фермента (например, бета-лактамазы или люциферазы), которые при взаимодействии формируют функциональный фермент. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта 19-34-51053.