SafonovaIrinaAlex@yandex.ru 0,0

Двадцатый век стал веком междисциплинарных исследований, когда грань между «классическими» науками практически стёрлась. В XXI столетии тенденция усиливается — слияние «обычной» (хотя тоже междисциплинарной!) молекулярной биофизики и того, что по-английски называют theoretical computer science, породило необыкновенную область — компьютерный, или in silico, эксперимент. В этой статье рассказывается о методической подоплёке подхода in silico и о его конкретном использовании для имитационного изучения «жизни» биологических мембран и населяющих их белковых молекул.

Природа является наиболее талантливым химиком — в естественных источниках обнаруживаются вещества, обладающие фантастическим спектром уникальных активностей, многие из которых человечество не отказалось бы поставить себе на службу. Однако природные соединения и устроены намного сложнее, чем может создать современный органический синтез. Нобелевскую премию по химии в 2010 году дали за разработку методик палладиевого катализа, позволяющих очень точно (с минимумом побочных продуктов) «сшивать» атомы углерода, что необходимо для конструкции веществ, приближающихся по своему строению и свойствам к природным молекулам.

Способность вирусов меняться и вырабатывать резистентность к лекарствам стала притчей во языцех. Так, несколько лет назад «сдалось» очередное популярное лекарство «Тамифлю»: большинство сезонных штаммов гриппа на Земле вдруг приобрели мутацию His274→Tyr274 в белке нейраминидазе, на блокирование которой и направлен препарат. Что самое интересное, эту мутацию, придающую устойчивость к лекарству, знали и раньше, однако считалось, что такая нейраминидаза сама по себе «дефектна», и вирус-мутант не может эффективно размножаться. Американские учёные установили, что «костылём», компенсирующим дефект от этой мутации, стала другая мутация, восстанавливающая активность нейраминидазы. Открытие этого эволюционного приспособления поможет предсказать появление резистентности и в других штаммах вирусов.

Болезнь Альцгеймера — основную форму старческого слабоумия — связывают с небольшим белком Aβ (β-амилоидом), нерастворимые отложения которого в нервной ткани оказывают разрушительный эффект на высшую нервную деятельность. β-Амилоид образуется вследствие ферментативного расщепления гликопротеина APP, в норме всегда присутствующего в мембранах нейронов и других клеток. Нормальная физиологическая роль ни этого белка, ни его метаболита Aβ до недавнего времени была неизвестна. Исследователи из Массачусетского госпиталя нашли возможную функцию белка Aβ в норме. Обнаружено, что синтетические аналоги Aβ и препараты височной доли мозговой ткани альцгеймеровских больных обладают мощной антимикробной активностью, а животные с нарушенным синтезом Aβ страдают сниженным иммунитетом. Всё это позволяет предположить, что белок Aβ — часть системы врождённого иммунитета в нервной системе человека.

Алкоголизм — явление, характерное не только для людей, но и для многих животных, — имеет разветвлённые генетические, культурные, социальные и психологические корни. Учитывая опасность, которую он представляет не только для конкретного индивида, но и для общества, это пристрастие изучают с применением серьёзных научных подходов, включая моделирование пограничных состояний на животных (что позволяет сосредоточиться на генетике и физиологии, отбросив человеческий фактор). Учёные из США исследовали эффект привыкания к алкоголю на плодовых мушках, со всей строгостью продемонстрировав, что насекомых привлекает не только сенсорный опыт или калории, которыми «богат» этанол, — оказывается, у мух развивается алкогольная зависимость, во многих отношениях очень напоминающая алкоголизм у человека.

Механизм фолдинга белкá — процесса сворачивания цепочки аминокислот в уникальную пространственную структуру — занимает умы множества биофизиков во всем мире, но до окончательного понимания этого вопроса ещё очень далеко. Известно, что равновесие между свёрнутой и денатурированной формами белкá можно сдвинуть, введя в молекулу точечные мутации, а строго определённый их набор может даже привести к появлению новой функции и изменить мотив упаковки полипептидной цепи в пространстве. Мы уже писали об эксперименте, в котором посредством многочисленных мутаций удалось последовательности двух изначально негомологичных белков сделать практически идентичными (88% остатков совпадали), сохранив при этом первоначальную структуру и функции. Теперь те же учёные довели эту пару до «совершенства»: различие в последовательности между двумя разными по строению и функциям белками составило всего один аминокислотный остаток.

Болезнь Альцгеймера (БА) — самая распространённая форма старческого слабоумия. Увеличение общей продолжительности жизни и старение населения влекут за собой стремительный рост случаев заболевания БА в развитых странах. В надежде разработать эффективные меры борьбы с этим недугом, множество учёных по всему миру пытаются выявить факторы, которые определяют возникновение и протекание БА. Исследование, опубликованное группой учёных под руководством Дэвида Хольцмана из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, делает еще один шаг в этом направлении: оно позволяет предположить, что недостаток сна, возможно, является одним из факторов риска развития патологии.

Важнейшее и наиболее знаменитое качество шампанских вин — это пузырьки, которые, лопаясь, образуют над бокалом маленький ароматный фейерверк. Исследователи с родины шампанского — из Университета Реймса (Шампань, Франция) — провели точнейший масс-спектрометрический анализ веществ, входящих в аэрозоль, возникающий над поверхностью игристого напитка. Согласно результатам анализа, этот аэрозоль многократно обогащён (по сравнению с жидкой фазой) сотнями определяющих запах вина ароматических веществ, во многом благодаря которым шампанское завоевало свою славу благородного напитка.