ИСТИНА

Разрабатываются новые подходы к получению структурной информации о единичных макромолекулярных объектах на основе анализа картин дифракции, получаемых с использованием рентгеновского лазерного излучения. Разрабатываемый подход основан на анализе дифракционных изображений и их соотнесения с пространственной структурой объекта с использованием технологии нейронных сетей. В виду сложности получения дифракционных картин при помощи эксперимента предлагается генерировать изображения посредством прямого моделирования. При этом важно на данном этапе исследований опробовать такую технологию на определенных типах макромолекулярных и надмолекулярных объектов. Отметим также, что проведение экспериментов с единичными частицами требует разработки целевых экспериментальных платформ для работы с различными видами биообъектов (глобулярные белки, мембранные белки, белковые и мембранные комплексы, вирусы и др.). В докладе рассматривается достаточно широкий круг задач, связанный с прямым моделированием огромного числа весьма сложных пространственных структур биополимеров и их комплексов в различных пространственных конфигурациях. Проводится расчет и анализ получаемых дифракционных картин. В качестве примера рассматривается алгоритм моделирования липосом и встраивания в них мембранных белков как возможный элемент новой экспериментальной платформы для изучения структуры единичных некристаллических объектов. Обнадеживающим фактором для разработки такого рода платформы оказалось, что при решении обратной задачи по распознаванию дифракционной картины липидные слои не мешают определению требуемых деталей строения внедренных белков при достаточной хорошей обучающей выборке. Аналогичные результаты были получены и для липодисков с внедренными молекулами бактериородопсина. В этом случае удается также различить состояния молекул белка на различных стадиях фотоцикла. Показано, что распознаванию особенностей белковый структуры не мешает также наличие аморфной воды и использование графеновой подложки. Последнее может быть особенно перспективно при развитии технологии эксперимента в связи с большей определенностью положения исследуемого объекта относительно лазерного луча. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, грант № 18-02-40010мега, Минобрнауки, грант № 075-15-2021-1354 и при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского университета «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология».