Созданы новые белки, которых нет в природе, для борьбы с некоторыми компонентами змеиного яда. Использование вычислительных методов глубокого обучения при разработке нейтрализующих токсины белков даёт надежду на создание более безопасных, экономически эффективных и доступных лекарств, чем те, что применяются сейчас.
Каждый год более двух миллионов человек подвергаются нападениям змей. По данным Всемирной организации здравоохранения, свыше ста тысяч погибают, а триста тысяч получают тяжелые осложнения и длительную инвалидность вследствие деформации конечностей, ампутации или других последствий. Африка к югу от Сахары, Южная Азия, Папуа-Новая Гвинея и Латинская Америка считаются одними из регионов, где укусы ядовитых змей представляют наибольшую угрозу для здоровья населения.
В журнале Nature появилось сообщение Исследования в области вычислительной биологии с целью разработки эффективных противоядий ведутся под руководством учёных… Института дизайна белков UW Medicine Статья написана сотрудниками Технического университета Дании. Автором статьи является Сусана Васкес Торрес из Керетаро, Мексика. Место ее рождения находится рядом с местом обитания гадюк и гремучих змей. Цель профессиональной деятельности девушки — изобретение новых лекарств для лечения болезней и травм, в том числе укусов змей.
Международная группа экспертов по змеиным укусам, лекарствам, диагностике и тропической медицине из Великобритании и Дании изучает способы нейтрализации яда некоторых элапид. Элапиды – это большая группа ядовитых змей, к которой относятся кобры и мамбы, живущие в тропиках и субтропиках.
Большинство видов элапид имеют два небольших клыка в форме игл. Во время сильного укуса клыки могут впрыскивать яд из желез, находящихся в задней части челюсти змеи. В составе яда присутствуют потенциально смертоносные токсины трехпалых змей. Эти вещества повреждают ткани организма, убивая клетки. Кроме того, прерывая сигналы между нервами и мышцами, токсины могут вызвать паралич и смерть.
Лечение укусов элапид сейчас основано на антителах из плазмы крови животных, привитых против яда змей. Эта процедура затратная, а ее эффективность против ядов трехпалых змей ограничена. Также лечение может вызывать серьезные побочные эффекты, например, шок или дыхательную недостаточность у пациентов.
Используя вычислительные методы глубокого обучения, исследователи пытаются ускорить открытие лучших методов лечения. Созданы новые белки, которые, связываясь с опасными токсинами, препятствуют их нейротоксическим и разрушающим клетки свойствам. Экспериментальным отбором получены конструкции, генерирующие белки с термической стабильностью и высокой способностью к связыванию. Синтезированные белки практически полностью совпадали на атомном уровне с компьютерным дизайном, основанным на глубоком обучении.
В лаборатории созданные белки успешно обезвредили все три подсемейства тестируемых ядов. При введении белков мышам животные получили защиту от действия нейротоксина, чье влияние могло быть фатальным.
Новые белки обладают существенными преимуществами. Технологии рекомбинантной ДНК позволяют производить их неизменно высокого качества без необходимости иммунизации животных. Разработанные против змеиных токсинов, эти белки имеют меньшие размеры по сравнению с антителами, что способствует более глубокому проникновению в ткани для быстрой противодействия токсинам и уменьшения повреждений.
Открытие новых путей для разработки противоядий – не единственное преимущество вычислительного дизайна. Исследователи полагают, что эти методы могут быть применены и для поиска лекарств от болезней, поражающих страны с ограниченными ресурсами научных исследований. «Методология вычислительного проектирования может существенно сократить затраты и потребности в ресурсах при разработке лекарств от забытых тропических болезней», — заявляют исследователи.
[Фото: Катерина Зворыкина / Студия Элла Мару ]