Искусственный интеллект предсказывает, как создавать новые белки с заданными свойствами

Инструмент Protein Domain Insertion Optimizer (ProDomino) предсказывает, какие белковые домены — как костяшки домино — нужно соединить, чтобы создать новый функциональный белок. Авторы: Ян Матони и Бенедикт Вольф

Целенаправленное создание искусственных белков с уникальными свойствами стало возможным благодаря новому методу, разработанному исследовательской группой под руководством профессора Доминика Ниопека из Института фармации и молекулярной биотехнологии (IPMB) Гейдельбергского университета.

В основе метода лежит новая модель ИИ, которая предсказывает, как два белка должны быть соединены на молекулярном уровне из отдельных субъединиц, чтобы создать новый функциональный и регулируемый белок. Инструмент ProDomino, доступный как open-source, открывает множество возможных применений в биотехнологии и медицине.

Исследование опубликовано в журнале Nature Methods.

На клеточном уровне белки управляют множеством жизненно важных процессов, таких как получение энергии или репликация генетического материала, и их часто называют «молекулярными машинами» клетки. Они состоят из связанных субъединиц, известных как домены.

«Как компоненты технической машины, эти домены выполняют определённые функции. Например, они позволяют белкам распознавать внешние сигналы, такие как свет или температура, или катализировать химические реакции», — объясняет профессор Ниопек, возглавляющий отдел фармацевтической биологии в IPMB.

Вдохновившись эволюционными процессами, команда разработала модель ИИ для искусственной рекомбинации белковых доменов. Для обучения модели использовались обширные базы данных белков.

«Автоматизированный анализ огромных белковых баз данных позволил нам создать набор данных с более чем 100 000 белков. Он отражает огромное разнообразие естественных комбинаций доменов и стал основой для обучения нашей модели ИИ», — говорит Бенедикт Вольф, аспирант в группе профессора Ниопека.

ProDomino может предсказывать, какие белковые домены нужно соединить, чтобы создать новый белок с заданными свойствами. Например, с его помощью можно комбинировать белковые сенсоры, реагирующие на свет или химические вещества, с эффекторными белками для управления клеточными процессами.

Учёные уже успешно соединили хемочувствительные домены с «генетическими ножницами» CRISPR-Cas, создав гибридные белки, которые можно включать и выключать. Это может значительно повысить безопасность методов геномного редактирования.

«Наша модель ИИ позволяет создавать искусственные белки не только проще, но и целенаправленнее, чем раньше. Это открывает новые возможности для улучшения точности белковых приложений в биотехнологии и медицине, а также для разработки совершенно новых методов терапии», — говорит профессор Ниопек.

Дополнительная информация: Benedict Wolf et al, Rational engineering of allosteric protein switches by in silico prediction of domain insertion sites, Nature Methods (2025). DOI: 10.1038/s41592-025-02741-z

Источник: Гейдельбергский университет