Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Новый метод анализа белков «Pepsi-SAXS» работает в 50 раз быстрее аналогов

Учёными Университета Гренобля и МФТИ под руководством Сергея Грудинина создан высокоэффективный метод расчёта кривых рассеяния рентгеновских лучей для анализа белковых молекул в растворе «Pepsi-SAXS», работающий от 5 до 50 раз быстрее, чем его аналоги. Результаты опубликованы Международным союзом кристаллографии в журнале Acta Crystallographica.

Белки имеют сложную структуру и чрезвычайно маленький размер — порядка нескольких нанометров. Для их изучения приходится изобретать необычные методы, поскольку любое воздействие может разрушить образец или изменить его свойства. Знание о структуре биомолекул и о механизмах их работы позволяет разрабатывать новые лекарства не методом проб и ошибок (высокопроизводительного скрининга, если говорить строго), а основываясь на рациональной базе.

Одним из способов изучения является анализ отражённых от белка рентгеновских лучей. Учёные используют именно рентгеновский, а не обычный свет, поскольку их интересуют атомные размеры, порядка 1/10000 микрона. Видимый свет — это чуть меньше микрона. Поэтому для того, чтобы посмотреть на такие мелкие объекты, нужен свет с очень короткой длиной волны. Таким свойством как раз и обладают рентгеновские лучи.

Мария Гаркавенко, соавтор работы, студентка МФТИ: «Метод „Pepsi-SAXS“ позволяет эффективно и высокоточно строить кривые рассеяния, а также анализировать трёхмерную структуру образца. К примеру, „Pepsi-SAXS“ позволяет повысить эффективность моделирования и предсказания трёхмерных структур макромолекул и многого другого».

Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (SAXS) — это тип малоуглового рассеяния, в котором рентгеновское излучение рассеивается от образца и затем собирается под очень малыми углами. Получается график зависимости интенсивности рассеяния от угла падения. На основе этого графика проводится сравнительный анализ с экспериментальной базой образцов, и затем делается вывод о структуре и свойствах исследуемого белка.

По сравнению с другими методами определения структуры, SAXS гораздо проще и дешевле. Не требуется долгой специальной подготовки образцов, заморозки или кристаллизации белковых соединений. Образцы измеряются прямо в растворе в функциональном состоянии. Таким образом серьёзно улучшается достоверность результатов, поскольку при проведении подготовки образец может менять своё состояние и свойства. Ещё одним очень важным преимуществом метода является то, что разрушительное воздействие рентгеновских лучей на экспериментальный образец незначительно.

Но до недавнего времени методы SAXS обладали существенным недостатком — сложностью вычислений, сильно ограничивающей количество экспериментов. На обработку данных только одного эксперимента могло уйти до 10 часов. В стандартном подходе количество вычислений прямо пропорционально квадрату числа атомов образца, а это число составляло более тысячи. Первая идея, позволяющая упростить расчёты, пришла к немецкому учёному Генриху Штурману в 70-е годы прошлого века. Он предложил описывать рассеяние от молекулярных соединений при помощи специальных сферических функций. Уже тогда подход показал свою эффективность. Очень много в этой области было сделано выпускниками советской школы, в частности, Дмитрием Свергуном (сейчас работает в Гамбурге), кторый написал большой Пакет Atsas для всевозможных аспектов малоуглового рассеяния на биомолекулах. Эти наработки исследователи использовали в своей работе.

Андрей Казённов, соавтор работы, аспирант МФТИ: «„Pepsi-SAXS“ расшифровывается как „Polynomial expansions of protein structures and interactions’ Small-angle X-ray Scattering“ — адаптивный метод для быстрого и точного вычисления малоугловых профилей рентгеновского рассеяния. „Pepsi-SAXS“ может подстраиваться под размер анализируемого образца и точность экспериментальных данных».

Дополнительно учёные создали эффективную модель водной оболочки анализируемых белковых соединений, что серьёзно улучшает точность результатов работы методики.

Сергей Грудинин, руководитель исследования: «Метод был проверен на большой выборке данных, собранных из двух крупнейших биологических баз данных, BioIsis и SASBDB. Мы продемонстрировали, что „Pepsi-SAXS“ работает от 5 до 50 раз быстрее, чем ранее применяемые методы CRYSOL, FoXS и трёхмерный метод Цернике в SAStbx. При этом „Pepsi-SAXS“ не только не уступает им в точности, а даже выигрывает».

Помимо этого, особое внимание было уделено анализу получаемых результатов и их автоматическому сопоставлению с экспериментальными данными.

На рисунке 1 представлены результаты одной из серий экспериментов — сравнение работы различных применяемых на сегодня методов расчёта на образце SASDAW3 из базы данных SASBDB. На графике показана средняя интенсивность рассеяния от угла рассеяния. 

C:\Users\An\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\0001.jpg


Рис. 1. Работа методов на образце SASDAW3

Изучение белковых соединений имеет фундаментальное значение для познания процессов жизнедеятельности живых организмов, создания лекарств и методов лечения болезней, а также получения новых органических материалов вплоть до выращивания искусственных органов. С новым изобретением наших учёных работы по этим направлениям смогут происходить в 50 раз быстрее.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li soc-yt
Яндекс.Метрика