Nowe narzędzie internetowe w walce z wirusem

Specjaliści od wspomaganego strukturą projektowania leków pracujący nad COVID-19 otrzymali nowe narzędzie, które pomoże im lepiej zrozumieć koronawirusa i zagwarantuje poprawność modeli strukturalnych, na których bazuje ich praca.

Ilustracja: Marcin Minor
Ilustracja: Marcin Minor

Prof. Mariusz Jaskólski z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu i Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN, stworzył międzynarodowy zespół złożony z czołowych biologów strukturalnych, który podjął się weryfikacji struktur białek koronawirusa - struktur o podstawowym znaczeniu dla tworzenia leków przeciw COVID-19. W efekcie pracy zespołu powstało narzędzie internetowe (https://covid-19.bioreproducibility.org/) dające badaczom łatwy podgląd postępu w tej dziedzinie oraz przystępną prezentację oceny jakości poszczególnych modeli, a w szczególnych przypadkach korygujące wykryte niedociągnięcia i błędy.
- Sprawdziliśmy dokładnie wszystkie modele białek koronawirusa SARS-CoV-2 i przedstawiamy nasze wyniki w sposób zrozumiały dla odbiorców z szerokich kręgów biomedycznych. Modele strukturalne, także te oparte na solidnych danych doświadczalnych, zawsze zawierają element subiektywnej interpretacji oryginalnego autora i mogą być nieraz niedoskonałe lub wręcz niepoprawne, szczególnie jeśli tworzone były w pośpiechu - zrozumiałym w świetle szalejącej pandemii. Dlatego tak ważne jest, by modele te zostały sprawdzone, i ewentualnie poprawione, oraz otrzymały znak jakości od niezależnych inspektorów - mówi prof. Jaskólski. - W większości przypadków wystarczyły drobne korekty. Jednak niekiedy potrzebne było daleko idące przemodelowanie, szczególnie w newralgicznych obszarach oddziaływań białka z ligandem, które bezpośrednio rzutują na projektowanie leków. Kryzys epidemiologiczny COVID-19 wymaga, by struktury elementów białkowych SARS-CoV-2 wyznaczone były z najwyższą dokładnością - dodaje naukowiec.
Naukowcy odpowiedzieli na zupełnie nowe globalne zagrożenie wywołane koronawirusem  z niezwykłą szybkością. Szczególnie błyskawicznie zareagowało środowisko biologii strukturalnej, przedstawiając z bezprecedensową szybkością kolejne struktury białek koronawirusa. Większość z tych struktur ustalana jest metodami krystalografii rentgenowskiej oraz wysokorozdzielczej mikroskopii krioelektronowej.
Badacze używają takich modeli na różne sposoby: od wspomaganego strukturą projektowania leków, przez trenowanie algorytmów komputerowych przewidujących najlepsze leki, po planowanie kolejnych eksperymentów. Z tego względu kluczową rolę odgrywa dokładność modelu startowego. Sytuacja alarmowa wywołana pandemią sprawia, że większość modeli struktury białek koronawirusa Cov-2 deponowana jest w światowym Banku Struktur Białkowych (Protein Data Bank, PDB) jeszcze przed opublikowaniem i przed dokładnym sprawdzeniem przez recenzentów.
Członkowie zespołu prof. Jaskólskiego są ekspertami takiej walidacji; od razu więc dostrzegli konieczność drobiazgowego sprawdzenia tych modeli i poddania ich procedurze ponownego udokładniania. To zaowocowało powstaniem nowego narzędzia i bazy internetowej, która aktualizowana jest co tydzień, synchronicznie z aktualizacją PDB.
Współpracując kiedy to możliwe z autorami oryginalnych depozytów "inspektorzy" starają się wymienić wadliwe modele w PDB na poprawne. Zespół pod kierunkiem prof. Jaskólskiego ma wieloletnie doświadczenie w korygowaniu modeli biomedycznie ważnych molekuł, np. w odniesieniu do antybiotykooporności, która jest kolejnym wyzwaniem dla medycyny.
- Praca w tak gorącym temacie i w dodatku w zespole o międzynarodowej reputacji to niezwykła szansa dla młodszych kolegów, jak Ivan Shabalin czy Dariusz Brzeziński, którzy niewątpliwie niedługo poprowadzą prestiżowe badania samodzielnie - mówi prof. Wladek Minor, członek zespołu. - To powód do ogromnej satysfakcji i dumy, że mogę uczestniczyć w badaniach, które mogą mieć wpływ na zdrowie a nawet życie milionów ludzi - dodaje prof. Mirosław Gilski, członek grupy prof. Jaskólskiego.
Zespół opisał swoje wyniki i publicznie dostępną internetową bazę udokładnionych struktur w artykule Otwartego Dostępu (Free Access) w prestiżowym czasopiśmie FEBS Journal: https://doi.org/10.1111/febs.15366.
W zespole prof. Jaskólskiego pracują: dr Alexander Wlodawer, National Cancer Institute (NCI), USA; dr Zbigniew Dauter, NCI & Argonne National Laboratory, USA; dr Ivan Shabalin, University of Virginia (UVA), USA; prof. Mirosław Gilski, UAM & IBCH; dr Dariusz Brzeziński, Politechnika Poznańska & IBCH oraz UVA; dr Marcin Kowiel, IBCH; prof. Wladek Minor, UVA; oraz dr Bernhard Rupp, k.k. Hofkristallamt, USA i Medical University Innsbruck, Austria.