Wydawało się, że to zwykła halucynacja algorytmu. Tymczasem polscy badacze z Uniwersytetu Warszawskiego potwierdzili w naturze istnienie białek o strukturze tak skomplikowanej, że według dotychczasowej nauki nie miały prawa powstać. Odkrycie trafiło na łamy prestiżowego czasopisma „PNAS”.
- Zespół prof. Joanny Sułkowskiej odkrył nową rodzinę białek EIGHT fold posiadających węzeł 8_3 z aż ośmioma skrzyżowaniami.
- To najbardziej skomplikowany supeł białkowy, jaki dotąd zaobserwowano w przyrodzie.
- Istnienie tak niezwykłego sfałdowania przewidział algorytm AlphaFold, co początkowo uznano za błąd modelu.
Co kofeina naprawdę robi z naszym snem? Kawosze powinni o tym wiedzieć
Białka zbudowane są z długich łańcuchów aminokwasów. Aby spełniały swoją funkcję – np. receptora, do którego przyczepia się konkretna cząsteczka – muszą przybrać określony, specyficzny kształt. W procesie jego tworzenia fragmenty struktury białka owijają się wokół siebie, w wyniku czego powstaje węzeł. Narzędzia z zakresu topologii – działu matematyki – potrafią opisywać te supły i znajdować podobieństwa między białkami.
Węzły można charakteryzować w zależności od ich upakowania, czyli od tego, ile mają tzw. skrzyżowań, kiedy maksymalnie się je uprości i narysuje na płaskiej kartce. Skrzyżowanie to miejsce, w którym jeden fragment sznurka przechodzi pod drugim. I tak najprostszy węzeł - tzw. trójlistny 3_1 (celtycka plecionka) ma trzy przecięcia. Węzeł 4_1, czyli popularna we wspinaczce czy żeglarstwie ósemka, narysowany na kartce papieru ma cztery skrzyżowania.
„Takie sfałdowanie nie miało prawa istnieć”
Obecnie zespół prof. Joanny Sułkowskiej z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego odkrył najbardziej skomplikowany z zaobserwowanych dotąd supłów białkowych – węzeł 8_3, który ma aż osiem skrzyżowań. W teorii można narysować 21 różnych węzłów o ośmiu skrzyżowaniach; w topologii nadano im kolejne numery, a ten konkretny węzeł zaobserwowany w białkach znany jest topologom jako 8_3, czyli węzeł z ośmioma skrzyżowaniami numer 3.
Zbadali tajemniczy kamień ze Stonehenge. Wyniki zaskoczyły naukowców
Polski zespół nadał nowej rodzinie białek nazwę EIGHT fold (Extraordinarily Intricate Globular Helical Tangled fold – niezwykle złożone, globularne, helikalne, splątane sfałdowanie).
– Wystąpienie tego konkretnego węzła w białkach zostało przewidziane przez sztuczną inteligencję – program AlphaFold (jego twórcy zostali docenieni chemicznym Noblem w 2024 r.). Wydawało nam się to początkowo halucynacją modelu, bo według dotychczasowej teorii zwijania białek takie sfałdowanie nie miało prawa istnieć. Nawet pisałam kiedyś w publikacji, że węzeł ten nie może w białkach istnieć, bo jest zbyt trudny do zawiązania – mówi prof. Joanna Sułkowska. Okazuje się, że ewolucja sobie z tym poradziła.
Dokładnie, jak przewidział model AI
Mimo pozornego absurdu takiej zaproponowanej przez AI struktury, badacze podjęli ryzyko znalezienia takich białek w przyrodzie. Wstępne analizy wskazywały, że białka z zasupłanej rodziny znajdują się u różnych gatunków bakterii beztlenowych zamieszkujących ludzkie jelita. Badacze znaleźli te bakterie, namnożyli z nich charakterystyczne białko i określili eksperymentalnie jego strukturę. Po paru latach poszukiwań okazało się, że węzeł jest dokładnie taki, jak przewidział model AI.
Prof. Sułkowska wyjaśniła, że zaciekawiła ją ta idea, bo program AI sam zaproponował nową strukturę, choć nie był w toku treningu uczony, że tak skomplikowane układy są możliwe. Wręcz przeciwnie – ówczesne teorie zabraniały mu konstruowania takich form.
Dotąd zakładano, że w białkach istnieć mogą jedynie węzły możliwe do zawiązania w wyniku tzw. jednego przeplotu. Aby powstał węzeł 8_3, potrzebne było zaś aż dwukrotne przeplecenie końcówki. Z tym jednak przyroda również daje sobie radę.
72 godziny rozsupływania
Jak ten węzeł w białkach powstaje – na razie nie wiadomo. W przypadku podwójnego przeplotu proces musi być złożony, a tempo „tkania” białek w rybosomach być może zmienia się, aby węzeł zdążył się zawiązać. Kwestia ta pozostaje niejasna, ale jeśli człowiek chce się nauczyć syntetyzować dowolne białka, musi umieć odtworzyć te warunki.
Na razie zbadano jedynie proces rozsupływania białka. – Z naszych badań wynika, że to białko posiada najbardziej złożony proces rozwijania spośród dotąd opisanych w literaturze – składa się aż z sześciu faz i trwa 72 godziny. Mimo tak skomplikowanej topologii czas ten mieści się w granicach normy – zauważyła prof. Sułkowska.
Zawęźlone białka są w mniejszości – stanowią tylko 0,4 proc. znanych rodzajów białek. Może niewiele, ale skoro jednak białek są setki milionów, to oznacza, że nawet 600 tys. typów białek ma w sobie chociaż jeden węzeł. Prof. Sułkowska dodała, że bez możliwości syntezy takich białek organizmy na Ziemi by sobie nie poradziły, bo w każdym organizmie pełnią one ważne funkcje.
Obejrzyj także: