Российские ученые создали «белковый поисковик»

• 
• Михаил_Горшков

Михаил Горшков, заведующий лаборатории ИНЭП ХФ РАН им. В.Л. Тальрозе — «В последние годы в России появились не только интерес к глубокому протеомному анализу биологических проб, но и необходимые для такого анализа инструментальные ресурсы»

Всего лишь капля крови — и готов точный диагноз. На пути к столь желаемому будущему персонализированной медицины стоит получение знаний обо всех белках живых организмов, и развитие технологий, позволяющих их идентифицировать в биологических пробах. Одну из таких технологий — «поисковую протеомную машину» разработали ученые Института энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе РАН.

В идеальном для медицинской науки мире белки (протеины) предстанут понятными и управляемыми механизмами, что позволит врачам лишь по анализу крови диагностировать все заболевания и определять действенную схему их терапии для каждого конкретного случая и пациента. Это светлое будущее связывают с развитием протеомики — науки, изучающей функции и взаимодействие сотен тысяч белков в живых организмах. Почву для «протеомной революции» готовят уже более 20 лет учёные почти всех стран мира. Можно долго спорить о том, насколько успешно реализованы сегодня те обещания, которые протеомика давала в начале своего пути. Однако однозначно ясно, что сегодняшний этап её развития — это активное освоение технологий в области хроматографии и масс-спектрометрии. Современные инструментальные методы позволяют буквально насквозь увидеть протеом биологической пробы, например, крови или ткани какого-нибудь органа, определяя свойства и взаимосвязи содержащихся в ней белков. Разумеется, огромный объём данных, получаемых в таких экспериментах не подвластен человеческому мозгу. Понадобятся годы, чтобы вручную упорядочить материалы одного дня работы современного хромато-масс-спектрометрического оборудования. Чтобы воспользоваться этой информацией, нужны специализированные программные решения.

В России систему для обработки гигантских массивов экспериментальных протеомных данных, которую еще называют «поисковой протеомной машиной», создает группа ученых из Института энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе РАН при поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Это будет поисковик, чем-то похожий на привычные Яндекс или Google, но производящий поиск по специализированным геномным базам данных белков и ориентированный на определенный круг пользователей, связанных с биологией, биоинформатикой и медициной.

«Работа с поисковиком будет организована в привычном доступе к его функциям через Интернет. Пользователь будет получать доступ по логину и паролю к своему личному кабинету на сервере с установленным на нем поисковиком, где также будет организовано временное хранилище экспериментальных данных. Далее он самостоятельно сможет проанализировать загруженную информацию в интерактивном режиме, и получить в табличной форме списки белков, которые присутствовали в анализируемой пробе», — поясняет руководитель группы разработчиков, заведующий лабораторией физико-химических методов анализа структуры веществ института Михаил Горшков.

• 
• Масс-спектрометр

Одной из предыдущик разработок лаборатории был малогабаритный масс-спектрометр ионного циклотронного резонанса с источниками ионизации при атмосферном давлении для анализа белков и пептидов

Идентификация и сравнение относительного количественного содержания белков в пробах больных и здоровых людей позволит ученым сделать предположения о возможных белках-маркерах патологических процессов, протекающих в том или ином живом организме. Эти «сигнальные точки» заболеваний, которые, скорее всего, персонализированы, могут в дальнейшем использоваться для конструирования лекарств направленного действия, устраняющих причину поломок конкретного организма.

• 
• Лев_Левицкий

Лев Левицкий, аспирант МФТИ, — «В нашем поисковике сейчас интегрировано более 200 различных функций, осуществляющих все стадии работы с протеомными данными, начиная от инструментальных данных и заканчивая списками идентифицированных пептидов и белков с их относительными концентрациями»

Российские исследователи, конечно, не пионеры в создании «поисковых протеомных машин». С начала 2000-х годов, по мере развития хроматографии и масс-спектрометрии, накопления большого массива экспериментальных данных, в мире было разработано множество подобных ресурсов, как коммерческих, так и свободного доступа. Однако работать с «открытыми системами» способны лишь очень квалифицированные биоинформатики, а недостаток коммерческих продуктов в том, что они слишком дороги: стоимость их годовой лицензии начинается от 10 000 долларов. Российский поисковик обещает быть более доступным для отечественного потребителя.

Помимо ценовых преимуществ, он будет иметь и оригинальную научную начинку. Заложенные в него возможности позволят оптимизировать параметры поиска в автоматизированном режиме без участия человека, что упростит пользование системой аналитикам или даже студентам-биологам, не владеющим на достаточном уровне вычислительной математикой, навыками программирования и основами биоинформатики.

«К сожалению, в нашей стране немного научных групп, которые занимаются вычислительной протеомикой и понимают все сложности и аспекты этого дела. Анализом биологических проб у нас занимаются, в основном, биологи и биохимики. Им необходим простой в использовании, но, тем не менее, обладающий всеми атрибутами существующих протеомных систем поисковик», — поясняет Михаил Горшков.

• 
• Анна_Лобас

Анна Лобас, аспирантка МФТИ, готовит пробы клеточной линии для хромато-масс-спектрометрического анализа. Полученные экспериментальные данные будут использоваться для тестирования разработанной протеомной поисковой машины

Отечественная машина для поиска белков практически готова: разработаны программные коды и сервер, на котором будет функционировать вся система. Осталась «упаковка»: доработка интерфейса и дизайна интернет-ресурса, и, конечно, доведение этого ресурса до конечного пользователя.

• 
• Марк_Иванов

Марк Иванов, аспирант МФТИ, — «Помимо обработки хромато-масс-спектрометрических данных и получения идентификаций пептидов и белков, присутствовавших в пробе, то, что делает любой аналогичный поисковик, мы добавили обработку уже полученных идентификаций с использованием 12 параметров, извлекаемых из уже полученных экспериментальных данных. Это не только увеличивает количество идентификаций пептидов, но и повышает их надежность»

По мнению участников проекта, несмотря на то, что внедрение в практическую диагностику глубокого протеомного анализа биологических проб будет зависеть в первую очередь от развития инструментальных методов, разработка вычислительных методов для анализа данных значительно продвинет исследования в области протеомики. Разработчики российского поисковика надеются, что их усилия также внесут свой вклад в приближение столь ожидаемой человечеством эпохи персонализированной медицины.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.