Eiwitten zijn de bouwstenen van leven en biologische agentia. Ze zijn aanjagers van groei en ontwikkeling en de verspreiding van virussen en bacteriën, en hebben een sleutelrol in ziekteroutes en vrijwel alle cellulaire functies. Naarmate wetenschappers kennis vergaren over eiwitten, de mechanismen achter biologische mysteries worden onthuld.

Om licht te werpen op de werking van eiwitten, Virginia Commonwealth University-onderzoeker Lukasz Kurgan, doctoraat, vice-voorzitter van de afdeling Computerwetenschappen van de School of Engineering, heeft een reeks bioinformatica-programma's ontwikkeld om biologen te helpen bij het ontwikkelen van inzichten in de functies van intrinsiek ongeordende eiwitten. Deze groep eiwitten heeft geen vaste structuur, wat betekent dat ze geheel of gedeeltelijk flexibel en amorf zijn.

In de afgelopen decennia, wetenschappers hebben 85 miljoen unieke eiwitten gesequenced, zowel gestructureerd als ongestructureerd, maar weet nog steeds niet wat de overgrote meerderheid van deze eiwitten doet. Naarmate er meer eiwitten worden ontdekt, er moeten meer geavanceerde computerprogramma's worden ontwikkeld om hun functies te helpen bepalen.

"We hebben handmatig samengesteld, maar begrijpen minder dan 1 procent van deze eiwitten, en op dit moment is er meer dan 80 miljoen om op te lossen, " zei Koergan, een door Qimonda begiftigde professor en datawetenschapper. "Een programma kan deze eiwitten sneller oplossen dan een enkele mens en kan onderzoekers helpen het genereren van hypothesen te versnellen."

De puzzel oplossen

Het bepalen van de functie van een eiwit wordt nog uitdagender wanneer een eiwit geheel of gedeeltelijk ontregeld is. Wanneer een eiwit wel een gedefinieerde structuur heeft, onderzoekers gebruiken voorkennis en bioinformatica-programma's om die structuur eerst te ontcijferen, die vervolgens helpt bij het bepalen van de functie. Als het eiwit verstoord is, biologen wenden zich tot programma's die zijn gebouwd door Kurgan en andere computerwetenschappers die voorspellende modellen gebruiken om werkbare hypothesen over de functie van het eiwit te genereren.

Sinds 2008, Kurgan heeft hiervoor vier programma's ontwikkeld. Deze lente, zijn team kreeg $ 500, 000 subsidie ​​van de National Science Foundation om volgende programma's te ontwikkelen. Tot dusver, Kurgan's programma's hebben meer dan 7, 000 gebruikers van meer dan 1, 300 steden in 96 landen.

Kurgan heeft ook zes programma's ontwikkeld die bepalen of een eiwit ontregeld is of niet. In 2012, zijn MFDp-programma werd derde van de 28 deelnemers aan het tweejaarlijkse wereldwijde CASP10-experiment, die de effectiviteit van computer en menselijke voorspellers van intrinsieke wanorde evalueert. In 2014, Kurgan's lab heeft DisoRDPbind uitgebracht, het eerste programma dat meerdere functies van intrinsiek ongeordende eiwitten voorspelt.

De programma's van Kurgan gebruiken bestaande verzamelingen gegevens over eiwitten waarvan de functies zijn bepaald om voorspellende modellen te bouwen om de functies van onbekende intrinsiek ongeordende eiwitten in kaart te brengen.

"De details zijn niet eenvoudig. Het bouwen van deze modellen vergt een beetje kunst, theorie en ervaring, ' zei Koergan.

Nieuwe ideeën voor wanorde

Het is een algemeen aanvaard feit onder wetenschappers dat ongeordende eiwitten, vergelijkbaar met hun gestructureerde tegenhangers, essentiële functies hebben. Deze bewering stuitte aanvankelijk op ongeloof, zoals aanvankelijk gebruikelijk is bij veel wetenschappelijke ontdekkingen.

"Ongeveer 30 jaar geleden, toen ongeordende eiwitten werden ontdekt, er waren veel ontkenners. Sommige mensen zeiden dat dit gewoon ruis is in de eiwitstructuren, ' zei Kurgan. 'Nu, stoornis als een mechanisme van de biologie is een geaccepteerd feit. Alleen omdat een eiwit geen gedefinieerde structuur heeft, betekent niet dat het nutteloos is. Het werkt gewoon op een andere manier."

Nutsvoorzieningen, ontcijferingsstoornis is een gezamenlijke inspanning in de wetenschappelijke gemeenschap, en verschillende programma's van meerdere entiteiten komen samen om verschillende benaderingen te bieden om de functies van ongeordende eiwitten te bepalen. Kurgan heeft samengewerkt met onderzoekers van de Universiteit van Zuid-Florida, Universiteit van Indiana, en Tianjin en Nankai Universiteiten in China, op een studie die zijn programma's gebruikte om de incidentie van intrinsieke stoornis te ontdekken in bijna 1, 000 soorten uit alle koninkrijken van het leven. Verschillende andere samenwerkingsstudies hebben zich gericht op de functionele rol van intrinsieke stoornis bij hiv, Hepatitis C en Dengue-virussen.

"Gezamenlijk kunnen we de grenzen verleggen van wat er wordt gedaan, " zei Kurgan. "Het is niet gebaseerd op de inspanningen van een specifieke onderzoeker of groep. Samen helpen we elkaar."