Speciální web poradí, jak v praxi stabilizovat bílkoviny

V biotechnologiích, biomedicíně, chemii i zemědělství se využívá řada produktů a materiálů založených na bílkovinách. Často se jedná o upravené sloučeniny, které se však musí pro potřeby různých aplikací takzvaně stabilizovat, aby vydržely například vyšší teploty nebo přítomnost rozpouštědel. Stabilizace bílkovin je poměrně složitá, nově s ní však odborníkům může pomoci webový portál FirePrort, který vyvinuli odborníci z Loschmidtových laboratoří Přírodovědecké fakulty MU a Fakulty informačních technologií VUT.

Webová služba umí ve struktuře konkrétní bílkoviny vytipovat místa, jejichž pozměněním se dají tyto látky stabilizovat. „Pokud bílkovina nevydrží procesní podmínky, tak může být sebelepší z hlediska svých účinků, ale nepůjde v praxi využít,“ podotkl vedoucí laboratoří Jiří Damborský.

V Loschmidtových laboratořích se zabývají proteinovým inženýrstvím a stabilizace bílkovin je pro ně velmi důležitá. „Před pěti lety jsme proto začali vyvíjet univerzální metodu, která by nám umožnila jakoukoliv bílkovinu zastabilizovat,“ uvedl David Bednář, který se na vývoji produktu s názvem FireProt 1.0 podílel v rámci svého doktorského studia.

Jeho kolega Miloš Musil doplnil, že služba je určená pro automatizovaný návrh stabilních bílkovin. „Jejím smyslem je, aby i člověk, který nemá rozsáhlé znalosti v oblasti bioinformatiky, byl schopen nástroj používat a dokázal si s jeho pomocí navrhnout stabilní bílkoviny.“

Automatické vyhledávání míst ve struktuře bílkovin vhodných pro stabilizaci není jednoduché. Zaměňují se v ní totiž jednotlivé aminokyseliny, z nichž se skládá, a to může vést i ke změně jejích dalších vlastností. Třeba právě těch, kvůli kterým se bílkovina využívá.

„Musíme tedy hledat ta místa, kde mutace příliš neovlivní ostatní vlastnosti bílkoviny. Z toho důvodu sledujeme příbuzné bílkoviny a hledáme v nich místa, která jsou takzvaně evolučně konzervovaná, jsou tedy u všech stejná a s velkou pravděpodobností souvisejí s jejich biologickými účinky. Ty neměníme. Sledujeme také energetické interakce mezi jednotlivými aminokyselinami, z nichž jsou bílkoviny tvořené. Pokud se zlepší, měla by být bílkovina stabilnější,“ přiblížil některé z postupů Bednář.

Identifikovat vhodná místa a určit, jakou aminokyselinu lze nově umístit, je ale podstatně složitější. „Web integruje šestnáct výpočetních nástrojů, jejichž kombinací lze najít nejvhodnější úpravy. Většinou jde o dostupné softwary třetích stran, nástroje pomáhající vyhledávat podobné sekvence v různých bílkovinách, identifikovat evolučně konzervované sekvence a také databáze bílkovin,“ popsal FireProt Musil s tím, že uživatel už nepotřebuje vědět, jak jednotlivé nástroje fungují, jak je instalovat a nastavit.

Uživatel tak v podstatě přijde na webovou stránku a zadá do ní parametry bílkoviny, kterou chce stabilizovat. Následně už jen čeká na informaci o dokončení výpočtu.

„Jde o rozsáhlé výpočty, které jsou možné jen díky napojení na Superpočítačové centrum CERIT-SC na Masarykově univerzitě a projekt ELIXIR, který vytváří infrastrukturu pro uchovávání a analýzu biologických dat,“ uvedl Damborský s tím, že u větších bílkovin výpočet může probíhat i celý týden.

FireProt využili už stovky vědců
Skupina z MU a VUT byla první, která sestavila a publikovala postup, jak za využití různých nástrojů najít místa vhodná pro stabilizaci bílkovin. S vývojem obecně přístupného webového nástroje je předběhla izraelská skupina z Weizmannova ústavu, která však problematiku stabilizace řeší odlišným způsobem.

„Náš webový nástroj je tedy druhý na světě, který stabilizuje bílkoviny vícenásobnými mutacemi a zájem o něj byl už v prvním měsíci velký. Zaznamenali jsme přes šest stovek přístupů a stovka uživatelů už jej využila pro své výpočty,“ uvedl Damborský.

Pomohl již také výzkumníkům z Brna, kteří hledali možnosti, jak stabilizovat takzvaný fibroblastový růstový faktor – bílkovinu, kterou vědci využívají například pro práci s kmenovými buňkami, protože stimuluje jejich množení.

Vědci předpokládají, že by mohl pomoci lepšímu hojení těžce se hojících ran, například popálenin nebo u diabetiků. Pro tyto účely už jej dále vyvíjí biotechnologická spin-off firma Masarykovy univerzity Enantis.

Masarykova univerzita | Masaryk university