Genomik Tənzimləmə Mərkəzi tərəfindən

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriRandomize edilmiş nüvə (qızıl və qara) və səth (gümüş) qalıqları. Kredit: Albert Escobedo / Centro de Regulación Genómica

Zülallar, günəş işığını qidaya çevirməkdən tutmuş viruslarla mübarizəyə qədər hər şeyi edən həyatın molekulyar işçiləridir. Onlar 20 müxtəlif növ amin turşusu molekulundan qurulmuşdur, buna görə də uzunluğu 60 amin turşusundan ibarət kiçik bir zülal belə, nəzəri olaraq, kvinquavigintilyon (10 ⁷⁸ ) müxtəlif yollarla tikilə bilər. Bu, bütün kainatdakı atomların sayı qədərdir.

Təkamül qatlanan, sabit qalan və işi yerinə yetirən zülallarla nəticələnən bir neçə amin turşusu birləşməsini necə seçdi? Zülal mühəndislərinə daha yaxşı dərmanlar və daha yaşıl katalizatorlar hazırlamağa kömək etmək üçün bu qaydaları öyrənə bilərikmi? Bu gün “Science” jurnalında dərc olunan araşdırma hər iki suala cavab vermək üçün mühüm addım atıb.

Zülallarda strukturun dağılmasından qoruyan bir nüvə var, səth isə digər molekullarla bağlanma kimi işlərin çoxunu yerinə yetirir. Onilliklər ərzində bioloqlar nüvənin dəyişdirilməsinin daşıyıcı divarın sökülməsinə bənzədiyini güman edirdilər: Bir səhv hərəkət və bütün struktur çökür. Gömülü amin turşuları sıx şəkildə yığıldığı üçün hər hansı dəyişikliyin qonşu amin turşularını yerdəyişməyə məcbur edə biləcəyi məntiqli görünürdü və nəticədə zülal boyunca dalğalanan gözlənilməz domino effektləri yaranır.

Zülal sabitliyinin bu klassik mənzərəsi ilə, zülalın tikinti bloklarında edilən dəyişikliklərin əksəriyyəti gizli bubi tələlərini açır və bütün quruluşu formadan çıxarmaq təhlükəsi yaradır. Mümkün birləşmələrin sayının çox olduğunu nəzərə alsaq, təkamülün yeni zülallar yaratmaq üçün təhlükəsiz bir yola düşmə ehtimalı çox kiçik görünür.

Tədqiqat bu fikri öz başına çevirir. Barselonadakı Genomik Tənzimləmə Mərkəzinin (CRG) və Böyük Britaniyanın Hinxton şəhərindəki Wellcome Sanger İnstitutunun tədqiqatçıları FYN-SH3 adlı insan zülal domenini (zülalın funksional biti) tədqiq edərək, yüz minlərlə variant hazırladılar və hansının hələ də qatlandığını və işlədiyini yoxladılar.

“Bizim məlumatlarımız zülalların incə bir kart evi olması dogmasına meydan oxuyur. Onların sabitliyini tənzimləyən fiziki qaydalar Jengadan daha çox Lego-ya bənzəyir, burada bütün strukturu çökdürmək təhlükəsi yaradan bir kərpicin dəyişdirilməsi nadir və ən əsası proqnozlaşdırıla bilən bir hadisədir” deyə tədqiqatçı və Genomiya üzrə Mütəxəssislər Mərkəzinin ilk müəllifi Dr. Albert Escobedo izah edir.

Komanda, bir zülaldan qaydaları öyrənməyin təbiətdə mövcud olan bütün əlaqəli zülalların təkamülünü izah etməyə kömək edə biləcəyini yoxlamaq üçün təcrübələri nəticəsində əldə edilən böyük miqdarda məlumatdan istifadə etdi. Onlar məlumatları maşın öyrənmə alqoritminə daxil etdilər və bu, onlara SH3 ardıcıllığının sabit qalacağını proqnozlaşdıra bilən alət yaratmağa kömək etdi.

SH3 domenləri çoxhüceyrəli həyatın ilk dövrlərindən, təxminən bir milyard il əvvəldən şaxələnir. Tədqiqatçılar öz modellərini bakteriyalar, bitkilər, həşəratlar və insanlar da daxil olmaqla, bütün həyat ağacını əhatə edən ictimai verilənlər bazalarında tapılan 51,159 təbii SH3 ardıcıllığı ilə müqayisə ediblər. Alqoritm, hətta sınaq ardıcıllığı ardıcıllığın dörddə birindən azını insan versiyası ilə paylaşdıqda belə, demək olar ki, bütün SH3 domenlərini düzgün olaraq sabit olaraq qeyd etdi.

Doktor Eskobedo deyir: “Təkamül bütöv bir ardıcıllıq kainatını gözdən keçirməli deyildi. Bunun əvəzinə bükülmənin biokimyəvi qanunları təbii seçim üçün geniş, bağışlayıcı mənzərə yaradır”.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Zülal mühəndisliyi üçün təsirlər

Zülal mühəndisliyi sahəsi hazırda minlərlə protein variantını minimal dəyişikliklərlə yoxlayan, bir anda bir neçə dəyişikliyi irəli sürən və yeni fermentlərin, dərmanların və vaksinlərin dizaynını yavaş və bahalı edən şirkətlərə əsaslanır.

Zülal sabitliyinin əvvəllər düşünüldüyündən daha sadə qaydalara riayət etməsinin təsdiqi, daha yaşıl katalizatorlar və ya daha uzunmüddətli dərmanlar kimi tibbi və ya sənaye tətbiqləri ilə zülalların hazırlanması üçün əhəmiyyətli vaxt və səylərə qənaət edərək, zülal dizaynının sınaq və səhv mərhələsini kəsə bilər.

Məsələn, terapevtik fermentlər tez-tez uğursuz olurlar, çünki onların səthləri immun alovlanmaya səbəb olur. Bu zülalların bərpası çox əmək tələb edir, iskelenin dağılmaması və perspektivli dizaynı sabotaj etməməsi üçün çoxlu sınaq və səhv tələb edir. İndi zülal mühəndisləri kompüterlərdə onlarla eyni vaxtda dəyişiklik də daxil olmaqla daha cəsarətli dizaynlar təklif edə bilər və hansı variantların həm qatlama, həm də funksional testlərdən sağ çıxa biləcəyini bilərək laboratoriyaya daxil ola bilərlər.

Genomik Tənzimləmə Mərkəzində (CRG) və Wellcome Sanger İnstitutunda ikili mənsubiyyəti olan tədqiqatın müvafiq müəllifi, ICREA Tədqiqat Professoru Ben Lehner, “Zülal təkamülünü proqnozlaşdırmaq və modelləşdirmək bacarığı biologiyanı sənaye sürətində dizayn etmək üçün qapı açır, zülal mühəndisliyinin konservativ tempinə meydan oxuyur”.

Daha çox məlumat: Albert Escobedo et al, Genetika, enerji və zülallarda təsadüfi nüvələr və səthlər, Elm (2025). DOI: 10.1126/science.adq3948

Jurnal məlumatı: Elm 

Genomik Tənzimləmə Mərkəzi tərəfindən təmin edilmişdir