Учёные раскрыли миллиардолетние правила стабильности белков, что ускорит создание лекарств

Ядро (золотой и чёрный) и поверхностные (серебристые) аминокислотные остатки, которые подверглись рандомизации. Автор: Альберт Эскобедо / Центр геномной регуляции

Белки — это молекулярные «рабочие лошадки» жизни, выполняющие задачи от преобразования солнечного света в пищу до борьбы с вирусами. Они состоят из 20 различных типов аминокислот, поэтому даже небольшой белок длиной в 60 аминокислот теоретически может быть собран 10⁷⁸ различными способами — это примерно столько же, сколько атомов во всей Вселенной.

Как эволюция выбрала те редкие комбинации аминокислот, которые приводят к стабильным и функциональным белкам? И можно ли использовать эти правила для создания более эффективных лекарств и экологичных катализаторов? Исследование, опубликованное сегодня в журнале Science, сделало важный шаг к ответам на эти вопросы.

Белки имеют ядро, которое поддерживает структуру, и поверхность, отвечающую за взаимодействие с другими молекулами. Десятилетиями биологи считали, что изменения в ядре подобны удалению несущей стены: один неверный шаг — и вся структура рухнет. Однако новое исследование опровергает эту идею.

«Наши данные бросают вызов догме о том, что белки — это хрупкий дом из карт. Правила их стабильности скорее напоминают Lego, чем Jenga: изменение одной детали редко угрожает всей конструкции, и это предсказуемо», — объясняет доктор Альберт Эскобедо, ведущий автор исследования.

Учёные из Центра геномной регуляции (Барселона) и Института Сэнгера (Великобритания) изучили человеческий белковый домен FYN-SH3, создав сотни тысяч его вариантов и проверив, какие из них остаются стабильными. Данные позволили обучить алгоритм машинного обучения, который теперь может предсказывать стабильность SH3-последовательностей.

Сравнив модель с 51 159 природными SH3-последовательностями (от бактерий до человека), учёные подтвердили, что эволюция действовала не методом «слепого поиска», а благодаря биохимическим законам свёртывания белков.

Перспективы для биотехнологий

Открытие упростит разработку лекарств и ферментов. Например, терапевтические белки часто отторгаются иммунитетом из-за своей поверхности. Теперь инженеры смогут смелее менять десятки аминокислот сразу, заранее прогнозируя стабильность конструкции.

«Возможность моделировать эволюцию белков позволит проектировать биологические системы с промышленной скоростью», — отмечает профессор Бен Ленер, соавтор исследования.

Подробнее: Albert Escobedo et al., Science (2025). DOI: 10.1126/science.adq3948
Источник: Center for Genomic Regulation