70.000 pc’s helpen bij correcte voorspelling structuur

Voor het eerst is het gelukt om een computeralgoritme te schrijven dat de 3D-vorm van een gevouwen eiwit correct voorspelt, enkel aan de hand van de aminozuurvolgorde. Nature, dat de resultaten deze week online heeft gezet, spreekt van een echte doorbraak.

Echte eiwitten vouwen zichzelf altijd op dezelfde manier, tot een vorm met een zo laag mogelijke energie-inhoud. Wanneer je dat proces op de computer probeert na te bootsen, is het probleem dat je niet alle onderdelen simultaan kunt doorrekenen. Als je ergens een net niet helemaal optimale keuze maakt, heeft dat meteen gevolgen voor de voorspelling van het naastliggende onderdeel. Met als eindresultaat een voorspelde structuur die niet eens lijkt op de echte.

De groep van David Baker (Howard Hughes Medical Institute) bedacht daarom een algoritme dat actief zoekt naar structuuronderdelen die ‘verdacht’ zijn. Die worden als het ware uit de aminozuurketen gesneden en net zo lang opnieuw gevouwen tot het resultaat overtuigender is. Het is een iteratief proces, waarbij je net zo lang blijft proberen tot er niets meer lijkt te wringen.

Baker vergelijkt het met Darwinistische evolutie: “Alsof je een aantal soorten hebt, die elkaar beconcurreren. Als je uit elke populatie de meest geschikte (‘fittest’) exemplaren kiest en die selectie het uit laat vechten, kom je uiteindelijk uit op ‘the fittest animal of all’.

Voor het feitelijke rekenwerk schakeldenhij het ‘distributed computing’-project http://boinc.bakerlab.org/rosetta/ in. Daarbij hebben 70.000 thuisgebruikers van pc’s een screensaver lopen die via internet communiceert met het lab, en tijdens verloren uren telkens een klein stukje van het werk doet. Volgens Baker is het tevens een prima manier om de moleculaire biologie onder de mensen te brengen.

Tot nu toe worden eiwitstructuren opgehelderd via NMR en röntgendiffractie. Voor dat laatste is het essentieel da je het eiwit kunt laten uitkristalliseren, wat lang niet altijd lukt. Bakers techiek zou het in elk geval mogelijk moeten maken om op basis van alleen NMR-gegevens een structuur te achterhalen.

Dat het ook is gelukt om de structuur van een eiwit met 112 aminozuren vrijwel correct te voorspellen zonder die NMR-gegevens, is een prachtige prestatie maar heeft voorlopig veel weg van een toevalstreffer.

bron: HHMI