Эпичный сериал о предсказании 3D-структуры белка

Как работают алгоритмы предсказания пространственной структуры белка? Почему это так сложно? Как нейросети помогают решать эту задачу? Причём здесь робототехника? Ответы на все эти вопросы — в нашей новой серии статей. Сегодня публикуем первую из них. Дополнительные материалы и пока что неопубликованные заготовки следующих серий доступны на нашем boosty, присоединятесь :)

#картинка
На схеме изображено эмульгирование липидов — оно необходимо, чтобы разделить крупные липидные капли на мелкие, после чего эти капли уже можно расщепить и усвоить. Суть в том, что желчные кислоты, за счёт которых происходит эмульгирование, — амфифильные молекулы, то есть состоят из двух частей: гидрофобная и гидрофильная. Гидрофобной части энергетически выгодно контактировать с гидрофобными липидами, а гидрофильной части — с водой. Поэтому желчные кислоты "разбивают" крупные липидные капли и окружают получившиеся мелкие капли. Затем желчные кислоты способствуют расщеплению липидов: за счет колипазы соли желчных кислот опосредуют связывание липазы с липидами и её активацию (при взаимодействии с желчными кислотами активный центр липазы открывается). Это наглядный пример того, как строение молекулы (в данном случае — амфифильность) позволяет этой молекуле выполнять определенную биологическую функцию.

Зачем нужна аллергия?

Казалось бы, странный вопрос, ведь в аллергических реакциях нет ничего приятного, а из-за анафилактического шока человек вообще может умереть. Нет никакого смысла в том, чтобы задыхаться от весенней пыльцы или съев ложку арахисовой пасты! Однако учёные считают, что аллергия — это не просто "баг", такому на первый взгляд странному явлению должно быть эволюционное объяснение, ведь в человеческом организме есть даже специальный тип антител, отвечающих за аллергию — иммуноглобулины E.

Кратко напомним, что происходит в организме при аллергии. Когда чужеродные частицы в первый раз попадают в организм (скажем, пыльца), антигены на этих частицах распознаются лимфоцитами. Вырабатывается много соответствующих антител — иммуноглобулинов E, способных связываться именно с данными частицам.

В первый раз сильной аллергии нет: иммуноглобулины E просто прикрепляются на поверхности тучных клеток, так организм "запоминает" попавшие частицы. Однако когда такие же частицы попадают в организм ещё раз, запускается аллергическая реакция: тучные клетки, несущие соответственные иммуноглобулины E, связываются с антигенами, происходит иммунный ответ. При этом уничтожаются не только чужеродные частицы, но и сами тучные клетки, из которых высвобождается гистамин. Именно гистамин вызывает кашель, боль и другие неприятные вещи. Получается, что во второй раз организм переносит проникновение частиц хуже — эта ситуация обратна реакции на инфекции: если у человека есть иммунитет к определенной бактерии или вирусу, второй раз болезнь переносится легче или вообще бессимптомно, иммунная система оперативно уничтожает патоген (по этому принципу работают вакцины). Как же можно объяснить такое странное явление?

Одна из предложенных уже довольно давно гипотез — иммуноглобулины E нужны организму, чтобы защищаться от паразитов (глистов и других подобных патогенов), а при аллергии иммунная система просто принимает арахис или пыльцу за паразитического червя. И действительно — некоторые аллергены структурно похожи на белки на червей-паразитов: например, один из белков на пыльце березы очень структурно близок к белку паразита Echinococcus granulosus. Однако если эта гипотеза и верна, она не объясняет феномен аллергии полностью: многие аллергены не имеют никакого отношения к червям — скажем, никель.

Ещё одна гипотеза, которая даже подтверждается экспериментами — защита от токсинов. И вправду: при аллергии человек кашляет, чихает, бывает диарея, кожа чешется. Всё это помогает избавиться от потенциально опасного вещества, вывести яд из организма. Но почему тогда организм реагирует на безопасные продукты так, как будто это токсин? Учёные предполагают, что организм действует здесь по такому принципу: аллергическая реакция запускается в ответ на те частицы, вместе с которыми часто бывают токсины. Разумеется, сейчас, когда мы едим арахисовую пасту, это абсолютно безопасно, но в древности, судя по всему, вместе с арахисом наши предки часто съедали что-то ядовитое. И чтобы такого не происходило, в ходе эволюции выработалась аллергия на арахис — таким образом, пищевые аллергии работают как фильтр, предостерегая человека от еды, которая может быть ядовита.

Если эта гипотеза защиты от токсинов верна, то аллергия чем-то напоминает ожирение: проблемы у современного человека часто возникают из-за того, что эволюция происходила в условиях, отличных от современности. Нашим предкам нужно было потреблять как можно больше калорий и накапливать их на черный день, из-за чего мы в 21-м веке постоянно едим больше, чем нужно, ведь еды всегда достаточно. С аллергией ситуация аналогичная: в древности арахис был опасен, поэтому у многих людей на него выработалась аллергия.

Почему курчавые волосы могут быть признаком опасного заболевания и как мужчине из Китая удалось в домашних условиях создать лекарство, которое спасло его сына?
https://telegra.ph/Voda-kamen-tochit-11-25
@biology_logic

Мы тут собрали для вас хорошие каналы и чаты для тех, кто интересуется биологией, биоинформатикой и анализом данных (напоминаем, что любой хороший биолог в 21 веке — немного программист). Наслаждайтесь :)

@sberloga - Сообщество энтузиастов биоинформатики и data science, родившееся в Сбере, но открытое для всех

@pcr_news - Информационный портал о молекулярной диагностике и смежных областях науки и медицины

@start_ds - Канал с материалами для подготовки к собеседованиям в области Data Science и не только

@AI_meetups - Митапы и прочие важные ивенты про AI, ML, DS, etc

@nn_for_science - Канал о новинках из области машинного обучения, с прицелом на использовании в науке

@botka_chronics - Интересная математика в машинном обучении и обработке изображений

@smart_lab_news - Новости нанобиотеха: различные научные события, конкурсы, конференции и др.

@chemical_medicine - Независимый канал о медицине, химии, фармакологии и мировом рынке биотехнологий от специалистов по медицинской химии.

@neuronovosti - Новости нейронаук и нейротехнологий. Самые свежие новости нейротематики в вашем телефоне

@medicalksu - Новости и ссылки на статьи о телемедицине, технологиях AI/ML, девайсах для врачей и пациентов, цифровом контуре здравоохранения России и digital-проектах фармы.

Иногда клетки в человеческом организме погибают, причём это не случайность, а запрограммированный процесс. Казалось бы, зачем это может быть нужно и как такая запрограммированная смерть осуществляется? Об этом — в сегодняшней статье.

https://telegra.ph/Kak-i-zachem-umirayut-nashi-kletki-11-28

Ваш покорный слуга (главред) тут написал для БиоМолекулы дайджест научных новостей из журналов Nature и Science за последнюю неделю. Это оказалось достаточно трудной, но интересной работой. А вот самое интересное оттуда:

Злопамятные стволовые клетки

Когда в коже происходит какое-то повреждение, вызванное ультрафиолетом, инфекциями или ранениями, на помощь приходят стволовые клетки. Они выползают из волосяного фолликула, и не только распознают тип повреждения, но и запоминают его! Это работает за счёт эпигенетических механизмов: стволовые клетки меняют структуру хроматина. Кроме информации о повреждении, стволовые клетки «помнят», из какого они волосяного фолликула, и после устранения повреждения возвращаются в свой родной фолликул. В случае повторного повреждения бороться с ним выползут уже специализированные стволовые клетки, которые помнят такие же повреждения с прошлых разов. При этом эффективность «залечивания» повреждений повышается. Такая система чем-то напоминает адаптивный иммунитет, но происходит это локально, а не по всему организму. — Stem cells remember insults.

ДНК, сбежавшая из хромосомы

Вы не поверите, но ДНК у эукариот может быть не только в виде хромосом в ядре или в митохондриях. Иногда кусочки ДНК обнаруживаются вне хромосом, просто плавающие в ядре или в цитоплазме, эту ДНК так и назвали — «внехромосомная». Проблема в том, что в такой ДНК нарушена регуляция генов, нет нормального хроматина, поэтому эти элементы часто вызывают рак.

Так вот, в новом исследовании обнаружили, что эти элементы внехромосомной ДНК концентрируются в кластеры, с этими кластерами связывается белок BRD4. Этот белок взаимодействует с промотором PVT, и в итоге сложный комплекс белков запускает сильную экспрессию генов во внехромосомной ДНК.

Кроме уточнения структуры кластеров внехромосомной ДНК, учёным удалось блокировать эту систему с помощью CRISPR-интерференции — это значит, что потенциальные препараты против онкологических заболеваний могут быть направлены на эти кластеры.

Мы пишем статьи на самые разные темы — хотите, чтобы на БиоЛогике выходили короткие посты с новостями из биологии и фундаментальной медицины, которые кажутся нам интересными? Или регулярная рубрика, в которой мы будем подробно пересказывать самое интересное исследование за неделю. Пишите свое мнение в комментариях!

https://biomolecula.ru/articles/scinat-za-noiabr-2021-4-neirony-pipetki-i-stvolovye-kletki

В новой статье мы постарались максимально понятно объяснить некоторые из механизмов работы памяти так, чтобы это было понятно и полезно каждому. Будет вторая часть, так что оставайтесь с нами :)
Кстати, на нашем boosty (аналог патреона) уже лежит подборка хороших лекций, конспектов и презентаций о памяти и обучении.

Как запоминать новую информацию эффективнее? Когда лучше учиться — утром или вечером? Чем отличается мозг лондонского таксиста от мозга обычного человека?

Ответы на все эти вопросы — в нашей новой статье. Мы любим глубоко погружаться в биологические механизмы, но на этот раз сделали акцент на практической стороне вопроса. Приятного чтения :)

Недавно мы написали статью о том, как можно улучшить работу мозга, зная особенности его биологии, но что если... Прокачать мозг, присоединив к нему компьютер напрямую? Эту амбициозную задачу хочет решить Илон Маск с помощью нейроинтерфейсов. На канале Neuralink рассказывается о возможностях нейроинтерфейсов, их будущем, а также о человеческом мозге. Подписыватесь, это интересно :)

#партнерский_материал

В предыдущей серии мы описали алгоритмы предсказания 3D-структуры белков в том случае, если в имеющейся базе данных уже есть участки, очень похожие на моделируемый. Но что делать, когда таких данных нет, как смоделировать пространственную структуру белка «‎с нуля»‎? О том, как учёным это удаётся — в сегодняшней статье. Материал довольно сложный, но тем, кто разберется — респект :) Совсем скоро выйдет пост о том, как в этом помогают нейросети! Мы просим вас включить уведомления, чтобы не пропускать выход интересных материалов.

Как нейросети помогают открывать новые антибиотики?

В сегодняшней пятничной рубрике полезных материалов — об искусственном интеллекте и нейросетях. Искусственный интеллект — драйвер инноваций во многих областях. Биология — не исключение. ИИ уже помогает определять формы сложных белков, находить новые антибиотики и лечить covid. Дальше — больше.

На канале DlStories о нейросетях и искусственном интеллекте много интересного по этой теме:
- обзоры новых технологий ИИ
- обучающие материалы: статьи, видео, подкасты на тематику ИИ
- рассуждения о влиянии ИИ на социум
- новости и веселые истории из мира ИИ

Например, сегодня вышел пост о том, каким образом с помощью ИИ учёным удалось найти новые антибиотики. Эта проблема до сих пор актуальна, так как бактерии эволюционируют, вырабатывая устойчивость — между ними и человечеством происходит своеобразная гонка вооружений, и, вероятно, ИИ — мощное оружие в наших руках. Но каким образом его можно использовать? Об этом — по ссылке ниже.

Чтобы быть в курсе последних инноваций ИИ и понимать, как он вообще работает, рекомендуем подписаться на DLStories.

#партнерский_материал

Рак, который передается от особи к особи - фантастика или реальность? В нашей новой статье разбираемся с механизмами и природой этого необычного заболевания.
Однако прежде чем прочесть статью, мы предлагаем вам поделиться этим постом с друзьями или в каком-то чате. Мы получим просмотры, а люди - интересный контент :)
https://telegra.ph/Podarok-kotoryj-izmenit-vashu-zhizn-12-11

Вакцина от старения

Японские учёные разработали вакцину, которая уменьшает количество так называемых «зомби-клеток» из организма и таким образом замедляет старение. В сегодняшней статье разбираемся, что же это за зомби живут внутри нас и как работает новый способ борьбы со старением. Уникальность этой работы в том, что предлагаемые подходы не должны приводить к неприятным побочным эффектам в здоровых тканях.

Ура! Мы выходим из анабиоза :) Мы уже пишем для вас новую статью, но сегодня хотим рассказать об интересном канале, который сами авторы читают — инновации в фармацевтике.

На канале действительно актуальная информация в области фармацевтики и медицины, последние новости об индустрии в России и мире, научные тренды по био- и нейротехнологиям, новации реальных разработок методов борьбы с COVID-19!

Регулярно публикуется:

▪️ Самая свежая и интресная информация;
▪️ Кейсы цифровой трансформации фармацевтики;
▪️ Аналитика рынка инновационных разработок лекарств от ведущих экспертов

Подписывайтесь на @chemrarpharma, чтобы быть в курсе последних разработок в области фармацевтики и понимать, почему биология — это не просто интересно, но и невероятно полезно для реальной жизни.

#партнерский_материал

Как правильно спать, и зачем вообще нужен сон?

Казалось бы, с точки зрения эволюции, сон — это очень странно: ведь пока животное спит, оно очень уязвимо. Однако спят очень многие организмы и все млекопитающие.

В сегодняшней статье мы постарались выяснить эволюционные причины сна, а также ответили на интересующие всех вопросы: как наладить свой режим, и стоит ли экономить время на сне во время сессии.

Подписывайтесь на @biology_logic, в следующих статьях расскажем об осознанных сновидениях, быстром и медленнном сне, а также разберемся в том, работает ли полифазный сон, и существуют ли совы и жаворонки с точки зрения науки. Будет интересно :)

Мы продолажем работу. Осознанные сновидения — правда или миф?

В новой статье разобрались, что такое осознанные сновидения с точки зрения физиологии человека, существуют ли они вообще, и как их вызвать.

Что вызывает болезнь Альцгеймера?

В новой статье разобрали тему сворачивания белков, а также разъяснили, каким образом нарушения в этом процессе приводят к различным заболеваниям.

https://telegra.ph/Nepravilnoe-svorachivanie-belka-ot-prionov-do-bolezni-Alcgejmera-03-26

Кстати, недавно учёные предложили ещё один новый способ борьбы с болезнью Альцгеймера. О самых свежих новостях науки в формате кратких и понятных описаний свежих статей из научных журналов читайте на нашем втором канале @biology_news. Подписывайтесь и на него тоже, там посты выходят чаще ;)

Действительно полезные книги по биологии

Мы, как и вы, очень любим науку биологию за её красоту и интересность. При этом все мы — живые организмы и подчиняемся её законам, поэтому знание биологии может быть полезным в реальной жизни. Мы сделали подборку биологических научно-популярных книг, которые будут интересны даже тем, кто далёк от биологии как науки.

Ирина Якутенко. Воля и самоконтроль: Как гены и мозг мешают нам бороться с соблазнами.

Почему одни люди с легкостью отказываются от соблазнов, а другие не в силах им противостоять? Автор книги отвечает на этот вопрос с точки зрения науки. Кроме понятного изложения свежих научных данных, в книге есть тесты, исходя из которых можно предположить, как работают различные системы в вашем мозге. Последняя часть книги — это рекомендации о том, как можно эффективно удерживаться от соблазнов именно вам и добиваться долгосрочных целей, несмотря на проблемы с самоконтролем.

Ася Казанцева. Мозг материален.

Книга посвящена строению и работе мозга, связям нейробиологии и психологии, "описанию разных экспериментов, старинных и современных, которые в совокупности формируют представление о том, что мозг познаваем". Автор, как всегда, ссылается на серьезные научные источники и в своем фирменном стиле старается донести до широкого круга читателей, что мозг — материален, изменчив и неоднороден, и что “осознание этих его свойств полезно в повседневной жизни".

Эти и другие книги теперь можно приобрести у наших друзей в научном магазине PCR.SHOP. Недавно они сделали подборку лучших учебных и научно-популярных книг по биологии, рекомендованных ведущими учёными. Кроме научпопа и учебников, там есть прекрасный биомерч: футболка «‎Зато старался»‎ с принтом неудавшегося электрофореза, носки «‎Science force»‎ c пипетками и даже настенные часы в виде генетического кода!

#партнерский_материал