Курс лекций "Белковая инженерия"

Для студентов 5-го курса ФББ МГУ (осенний семестр 2019 г.)


Новости

[2019-10-22] Добавлены файлы первых четырех лекций




Учебные материалы

  • Suplatov, D., Voevodin, V., & Švedas, V. (2015). Robust enzyme design: Bioinformatic tools for improved protein stability. Biotechnology journal, 10(3), 344-355 скачать;

  • Suplatov D., Kirilin E., & Švedas V. (2016) Bioinformatic Analysis of Protein Families to Select Function-Related Variable Positions. In Understanding Enzymes Function, Design, Engineering, and Analysis (Eds. Allan Svendsen), Pan Stanford, pp. 351–385 скачать;

  • Suplatov D.A., Kopylov K.E., Popova N.N., Voevodin Vl.V., Švedas V.K.(2018) Mustguseal: a Server for Multiple Structure-Guided Sequence Alignment of Protein Families. Bioinformatics, 10.1093/bioinformatics/btx831;



Презентации лекций




Индивидуальное задание

Тема: Конформационная пластичность структуры белков/ферментов как фундаментальный фактор, влияющий на их функциональные свойства, и учет в современной белковой инженерии..

Задание: Для выполнения самостоятельной работы необходимо проанализировать актуальную научную литературу, опубликованную в ведущих изданиях за последние 5 лет, найти работу, в которой анализ конформационной пластичности (подвижности, динамики) структуры белка лежат в основе удачного и экспериментально подтвержденного дизайна его свойств, и подготовить краткую презентацию, раскрывающую методическую суть исследования и новизну результата.

Порядок действий:

  • Найти статью в высокорейтинговом научном журнале, опубликованную с пероид с 2015 по 2020 гг. и посвященную описанию работы по инженерии белка, в которой важную роль играло исследование его конформационной пластичности (динамики, подвижности отдельных элементов его структуры и т.д.). Убедиться, что статья не является теоретической, а предсказания, полученные компьютерными методами, были проверены экспериментально;

  • Согласовать выбор статьи со мной по электронной почте - это нужно для того, чтобы два студента не работали с одной и той же статьей;

  • Подготовить краткую презентацию (до 10 слайдов), в которой должны раскрываться: постановка задачи; использованный подход к белковой инженерии; метод исследования конформационной пластичности выбранного белка (динамики, подвижности отдельных элементов его структуры и т.д.) и обоснование его использования в работе (т.е. почему это казалось важным); полученный в работе экспериментально подтвержденный результат;

  • Прислать мне подготовленную презентацию;

Сроки: TBA

Комментарий к теме: Cоздание эффективных биокатализаторов может быть упомянуто среди других крупных практически важных задач, успешное решение которых напрямую связано с пониманием тонких деталей механизма действия ферментов, их динамики, а также взаимосвязи структуры и функции. В последние годы в области дизайна ферментов с улучшенными свойствами наблюдается четкая тенденция на отказ от неэффективных «стохастических» подходов, основанных на «слепом» скринирования огромных библиотек, в пользу более рациональных и направленных стратегий, которые подразумевают ключевую роль методов биоинформатики и молекулярного моделирования. Методы биоинформатики предоставляют возможность систематически изучать эволюцию интересующих нас признаков и их взаимосвязь со структурой в семействах и суперсемействах белков, что позволяет глубже понять механизм действия ферментов, особенности структурной организации отдельных участков связывания, роль конкретных аминокислотных остатков, их вариативность в определенных фрагментах структуры, участие в образовании сети взаимодействий и влияние на функцию. Несмотря на очевидный прогресс в развитии более эффективных экспериментальных и компьютерных методов в последние годы, они далеко не всегда позволяют решать практически важные задачи: предсказанные на основе компьютерного дизайна мутанты ферментов далеко не всегда обладают желаемыми свойствами и требуют дальнейшего улучшения с использованием стохастической направленной эволюции. Последние исследования говорят о том, что одной из основных причин низкой эффективности существующих методов является представление изучаемых белков в упрощенном виде — на основе единственной статической (кристаллографической) структуры. Структура белка – не статическое образование, она должна быть упорядоченной на определенных этапах выполнения ключевых функций (например, на стадии каталитического превращения субстрата в активном центре фермента), но в то же время достаточно динамичной/гибкой для того, чтобы принимать альтернативные конформации/конфигурации, необходимые на других этапах функционального цикла (распознавании и связывании субстрата, взаимодействии с белками-партнерами, освобождении продуктов и т.д.). Необходимы осветить, как при решении прикладных задач современной белковой инженерии учитывается конформационная пластичность и ее роль в механизмах действия ферментов, динамическом распознавании субстратов/ингибиторов/эффекторов/продуктов.
Campbell E. et al. The role of protein dynamics in the evolution of new enzyme function //Nature chemical biology. – 2016. – Т. 12. – №. 11. – С. 944; Ganesan A., Coote M. L., Barakat K. Molecular dynamics-driven drug discovery: leaping forward with confidence //Drug discovery today. – 2017. – Т. 22. – №. 2. – С. 249-269; Maria-Solano M. A. et al. Role of conformational dynamics in the evolution of novel enzyme function //Chemical Communications. – 2018.– Т. 54. – С. 6622-6634; Warshel, A. et al. Electrostatic basis for enzyme catalysis // Chemical Reviews, 2006. Т.106. №8. С.3210–3235.