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. Prof. Mariusz Jaskólski z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu i Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN (ICHB), 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”, powiedział 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.”
Nauka na wysokich obrotach
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 model ii 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, wybitny 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.
Dobra wiadomość i sygnał już wysłane do świata nauki
Zespół opisał swoje wyniki i publicznie dostępną internetową bazę udokładnionych struktur w artykule Otwartego Dostępu (Free Access) w prestiżowym czasopiśmie FEBS Journal.
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.