Las proteínas son los componentes básicos de la vida y los agentes biológicos. Son impulsores del crecimiento y desarrollo y la propagación de virus y bacterias. y desempeñan funciones clave en las vías de la enfermedad y prácticamente en todas las funciones celulares. A medida que los científicos adquieren conocimientos sobre las proteínas, se revelan los mecanismos detrás de los misterios biológicos.

Para ayudar a arrojar luz sobre el funcionamiento de las proteínas, El investigador de la Universidad de la Commonwealth de Virginia, Lukasz Kurgan, Doctor., vicepresidente del Departamento de Informática de la Facultad de Ingeniería, ha desarrollado una serie de programas de bioinformática para ayudar a los biólogos a desarrollar conocimientos sobre las funciones de las proteínas intrínsecamente desordenadas. Este grupo de proteínas carece de estructura fija, lo que significa que son total o parcialmente flexibles y amorfos.

Durante las últimas décadas, los científicos han secuenciado 85 millones de proteínas únicas, estructurados y no estructurados por igual, pero todavía no sé qué hacen la gran mayoría de estas proteínas. A medida que se descubren más proteínas, Se deben desarrollar programas de computadora más sofisticados para ayudar a determinar sus funciones.

"Hemos seleccionado manualmente, pero entendemos menos del 1 por ciento de estas proteínas, y ahora mismo hay más de 80 millones por resolver, "dijo Kurgan, un profesor y científico de datos de Qimonda. "Un programa puede resolver estas proteínas más rápido que un solo humano y puede ayudar a los investigadores a acelerar la generación de hipótesis".

Resolviendo el rompecabezas

Determinar la función de una proteína se vuelve aún más desafiante cuando una proteína está completa o parcialmente desordenada. Cuando una proteína tiene una estructura definida, Los investigadores utilizan conocimientos previos y programas de bioinformática para descifrar primero esa estructura, que luego ayuda a determinar la función. Si la proteína está desordenada, Los biólogos recurren a programas creados por Kurgan y otros científicos informáticos que utilizan modelos predictivos para generar hipótesis viables sobre la función de la proteína.

Desde 2008, Kurgan ha desarrollado cuatro programas para este propósito. Esta primavera, su equipo recibió $ 500, 000 subvención de la National Science Foundation para desarrollar programas posteriores. Hasta aquí, Los programas de Kurgan tienen más de 7, 000 usuarios de más de 1, 300 ciudades en 96 países.

Kurgan también ha desarrollado seis programas que determinan si una proteína está alterada o no. En 2012, su programa MFDp ocupó el tercer lugar entre los 28 participantes en el experimento semestral mundial CASP10, que evalúa la eficacia de los predictores informáticos y humanos del trastorno intrínseco. En 2014, El laboratorio de Kurgan lanzó DisoRDPbind, el primer programa para predecir múltiples funciones de proteínas intrínsecamente desordenadas.

Los programas de Kurgan utilizan colecciones existentes de datos sobre proteínas cuyas funciones se han determinado para construir modelos predictivos para mapear las funciones de proteínas intrínsecamente desordenadas desconocidas.

"Los detalles no son fáciles. Construir estos modelos requiere un poco de arte, teoría y experiencia, "Dijo Kurgan.

Nuevas ideas para el desorden

Es un hecho comúnmente aceptado entre los científicos que las proteínas desordenadas, similar a sus contrapartes estructuradas, tienen funciones esenciales. Esta afirmación fue recibida al principio con incredulidad, como es inicialmente común con muchos descubrimientos científicos.

"Hace unos 30 años, cuando se descubrieron proteínas desordenadas, había muchos negadores. Algunas personas dijeron que esto es solo ruido en las estructuras de las proteínas, "Kurgan dijo." Ahora, el desorden como mecanismo de la biología es un hecho aceptado. Solo porque una proteína no tiene una estructura definida, no significa que sea inútil. Simplemente funciona de una manera diferente ".

Ahora, descifrar el trastorno es un esfuerzo colaborativo en la comunidad científica, y varios programas de múltiples entidades se unen para proporcionar diferentes enfoques para determinar las funciones de las proteínas desordenadas. Kurgan ha trabajado con investigadores de la Universidad del Sur de Florida, Universidad de Indiana, y las universidades de Tianjin y Nankai en China, en un estudio que utilizó sus programas para descubrir la incidencia del trastorno intrínseco en cerca de 1, 000 especies de todos los reinos de la vida. Varios otros estudios colaborativos se han centrado en las funciones funcionales del trastorno intrínseco en el VIH, Virus de la hepatitis C y del dengue.

"Colectivamente podemos ampliar los límites de lo que se está haciendo, "Dijo Kurgan." No se basa en los esfuerzos de un investigador o grupo específico. Colectivamente nos ayudamos unos a otros ".