Odgovori na postavljena pitanja - Biologija

Izvrsno si primijetio da se radi o programu koji strukturira proteine, točnije on simulira taj proces, koji je uobičajeniji pod nazivom protein folding.

Kako vjerojatno već znaš, proteini imaju svoju primarnu strukturu, odnosno slijed određenog broja aminokiselina povezanih peptidnim vezama. Međutim, funkcija svakoga proteina proizlazi iz njegove prostorne (kažemo još tercijarne) strukture, odnosno međusobnog položaja svakoga atoma toga proteina u prostoru. Naruši li se taj raspored, rezultat će najvjerojatnije biti nefunkcionalan protein. Ono što je kod foldinga važno jest da tercijarna struktura proteina nije slučajna, već je determinirana njegovom primarnom strukturom. Drugim riječima, zakonitost po kojoj će se atomi nekoga proteina međusobno poslagati u prostoru ovisi o broju, vrsti i redoslijedu aminokiselina koje taj protein tvore. Odgonetavanje ove zakonitosti jedan je od vodećih problema suvremene biologije, a poznatiji je pod nazivom folding problem.

Ono što se danas može predvidjeti o prostornoj strukturi proteina (a bez da se uključuju skupe tehnike poput difrakcije X-zraka na kristalu proteina ili NMR-a koji se može vršiti i na tekućem uzorku) vrši se upravo različitim simulacijama, dakle, algoritmima koji uz određene aproksimacije i ograničenja nastoje predvidjeti prostornu strukturu proteina na temelju njegova aminokiselinskog slijeda. Sličan algoritam koristi i Folding@Home projekt.

Cjelokupna zamisao tog projekta posljedica je činjenice da se folding proteina, nakon što je protein sintetiziran na ribosomu, odvija u vremenskom intervalu reda veličine mikrosekunde (obično nekoliko desetaka), pa čak i nekoliko sekundi ukoliko se radi o izuzetno velikom proteinu. Računalima, kakva su danas, potreban je jedan cijeli dan da bi simulirali jednu nanosekundu foldinga nekog manjeg proteina, a kako npr. deset mikrosekunda ima deset tisuća nanosekundi, slijedi da bi im za cjelokupni folding toga proteina trebalo deset tisuća dana, što odgovara razdoblju od gotovo trideset godina! Iz tog razloga stvoren je tzv. distributed computing, kojeg je smisao da taj ogroman posao podijeli između velikog broja pojedinačnih računala. Princip je taj da se program Folding@Home skine s http://folding.stanford.edu, instalira na računalo i pokrene u system trayu ili kao screen saver, te on za to vrijeme vrti simulaciju foldinga (konkretno računa energiju konformacije tog proteina s obzirom na međuatomske udaljenosti, gdje je svaki atom okarakteriziran vlastitim poljem sile). Ideja je da će taj program skinuti dovoljno korisnika interneta, te ga pokrenuti na svojim računalima, kako bi se, kažemo, "nadišla barijera mikrosekunde", odnosno kako bi se simulacija foldinga jedne ili nekoliko desetaka mikrosekundi odvrtila u razdoblju koje je mnogo prihvatljivije od 30 godina. Drugim riječima, što više računala koja su online vrti simulaciju, proces foldinga brže je gotov. Tako je danas već preko milijun računala uključeno u projekt, i ona doniraju svoju procesorsku moć za dobivanje znanstveno vrijednih rezultata, koji se na stranicama tima sa Sveučilišta Stanford mogu vidjeti, zajedno s originalnim znanstvenim radovima. Kompletne simulacije foldinga nekih proteina danas tako mogu biti završene već u razdoblju od samo nekoliko dana, što je značajan rezultat.

Sam je folding, naime, interesantan znanstvenoj zajednici iz razloga što je velik broj poznatih bolesti zapravo rezultat pogrešaka u tom procesu. Što ga bolje poznajemo, bliže smo odgonetavanju kako te pogreške ispraviti, odnosno kakve lijekove primijeniti i sl. Neke su od tih bolesti Alzheimerova, Parkinsonova, Huntingtonova bolest (dakle, sve izrazite neurodegenerativne bolesti), potom bolest kravljeg ludila, Creutzfeld-Jakobova bolest, GSS-sindrom, smrtonosna obiteljska nesanica (koje sve spadaju u skupinu bolesti uzrokovanih prionima) i još mnoge druge poznatije i nepoznatije bolesti. Konkretno na primjeru prionskih bolesti, prioni jesu uzročnici bolesti, međutim, način na koji iz normalnoga proteina nastaje prionski protein zapravo je posljedica pogreške u foldingu tog proteina.

Nadam se da ti ovo neće biti preopširno, ili nerazumljivo, a ukoliko budeš imao još kakvih pitanja, možeš ih uputiti i izravno meni na mhlevnjak@yahoo.com

Mario Hlevnjak
Student 4. godine, smjer: molekularna biologija
Prirodoslovno-matematički fakultet, Zagreb