Суперкомпьютер помог найти средство против отравляющих веществ

Российские биохимики провели масштабное квантово-химическое моделирование белка, который может использоваться в качестве антидота при отравлении фосфорорганическими соединениями (ФОС), что позволило детально изучить механизм его действия. К ФОС относятся токсичные пестициды и некоторые виды химического оружия массового поражения. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья опубликована в журнале Frontiers in Pharmacology. Кратко о результатах работы рассказывается в пресс-релизе РНФ.

Ученые из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН смогли получить новые варианты фермента бутирилхолинэстеразы, которые оказались способны расщеплять фосфорорганические соединения и нейтрализовать их. «Благодаря проведению масштабных расчетов на суперкомпьютере «Ломоносов-2» нам удалось получить полную, буквально с точностью до атома, картину работы этих ферментов», – говорит Александр Злобин, соавтор статьи, студент факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова.

Путем случайного перебора всех возможных комбинаций аминокислот (составляющих фермента) по одной из петель активного центра фермента бутирилхолинэстеразы ученые получили варианты, способные расщепить фосфорорганические соединения. Однако оставалось неизвестным, как именно новые комбинации аминокислот повлияли на 3D-структуру фермента и помогли ему приобрели новые свойства. Необходимо было рассчитать модели 3D-структур новых вариантов, для чего потребовалось перебрать тысячи возможных вариантов пространственного расположения их петель и отобрать наиболее вероятные. Для решения подобной задачи недостаточно вычислительных мощностей обычного компьютера – для всех этапов работы был задействован суперкомпьютер. Затем для каждой отобранной структуры рассчитали возможные пути прохождения реакции расщепления ФОС. Биохимики детально остановились на наиболее энергетически выгодных вариантах.

Ученые установили, что эффективность новых вариантов фермента связана с появлением в его структуре дополнительного остатка аминокислоты гистидина, у которого подходящее расположение, для того чтобы через цепочку из двух молекул воды ускорить повторную активацию фермента, что и обеспечивает его способность нейтрализовать ФОС. После реактивации фермент готов снова взаимодействовать с фосфорорганическими соединениями и разрушать их.

«Полученные результаты позволят в ближайшем будущем создавать новые, все более эффективные средства защиты и лечения при отравлении фосфорорганическими соединениями», – говорит Иван Смирнов, руководитель исследования, глава лаборатории химии протеолитических ферментов Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН.

Источник: polit.ru

Комментарии: