Ученые составили карту «покетома» — вселенной сайтов связывания белков у разных видов

t-SNE график всех сайтов связывания 11 видов, окрашенных по разным классам лигандов. Автор: PLOS Computational Biology (2025). DOI: 10.1371/journal.pcbi.1013298

Белки выполняют свои многочисленные функции через физические взаимодействия с другими молекулами, в частности, с малыми молекулами, присутствующими в клетках, такими как метаболиты. Эти взаимодействия происходят на определенных сайтах связывания на поверхностях белков.

Ученые из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка провели систематическое исследование всех сайтов связывания — «покетома» — у 11 различных видов из разных царств жизни, чтобы изучить разнообразие и масштабирование количества сайтов связывания в зависимости от количества белков, обнаруженных у соответствующих видов.

Используя более 220 000 структур белков, предсказанных искусственным интеллектом из базы данных AlphaFold, и сложные вычислительные инструменты обнаружения сайтов связывания, биоинформатики Ханне Зиллмер и Дирк Вальтер идентифицировали почти 100 000 потенциальных сайтов связывания у 11 видов.

Они сравнили и сгруппировали эти сайты внутри и между видами, построив глобальную «карту» сайтов связывания и их связанных характеристик. Среди проанализированных протеомов были протеомы человека, мыши, дрожжей, кишечной бактерии E.coli и вида нематод, а также ключевых сельскохозяйственных культур, таких как рис и кукуруза. Статья опубликована в журнале PLOS Computational Biology.

«Доступность предсказанных с помощью ИИ и с высокой достоверностью структур белков, сгенерированных AlphaFold, теперь позволяет проводить структурные исследования с беспрецедентной широтой и глубиной», — говорит аспирантка Ханне Зиллмер.

Исследование выявило удивительную эволюционную тенденцию: по мере того, как организмы развивали более сложные протеомы (протеом: совокупность всех белков вида), разнообразие их сайтов связывания увеличивалось сублинейно. Проще говоря, хотя количество белков увеличивалось с эволюцией, количество различных сайтов молекулярного взаимодействия росло менее чем пропорционально, что предполагает возможные пределы или необходимость структурных и функциональных инноваций.

«Мы ожидали, что больше белков будет означать пропорционально большее разнообразие сайтов взаимодействия, — говорит профессор биоинформатики доктор Вальтер, — но вместо этого эволюция, по-видимому, либо ограничена в создании совершенно новых сайтов связывания, либо существует ограниченная потребность в радикально новых режимах взаимодействия».

ИИ: Это фундаментальное исследование открывает новые пути для понимания эволюции молекулярных взаимодействий и может иметь далеко идущие последствия для разработки лекарств и агрохимикатов, особенно с учетом акцента на межвидовые сравнения.