Rosetta@home - Tajomstvo bielkovín

Simulácia, počítačová hra vedcov

Aj tie najjednoduchšie chemické procesy v tele sú strašne zložité a nie to ešte niečo ako napríklad reparácia DNA DNA-polymerázou. Tento enzým (aj s pomocou iných enzýmov) umožňuje opraviť poškodenú DNA, znovu nasyntetizovať správnu sekvenciu nukleotidov a tým napríklad opraviť alebo obnoviť tvorbu dôležitého proteínu, ktorý tam bol pôvodne kódovaný. V tom najhoršom prípade poruchy tohto enzýmu sa môže stať, že takto poškodená, neopravená DNA, nebude produkovať dôležité látky (regulačné proteíny) a takto poškodená bunka sa bude neobmedzene množiť (bez adhéznej aktivácie a kontaktnej inhibície). Môže pritom vytvárať benígne (nezhubne) alebo malígne (zhubne) nádory ohrozujúce život človeka.

Však viete ako rakovina dokáže strpčiť život a určite chápete úsilie ju liečiť bez drastických liečebných postupov akou je chemoterapia a ožarovanie. Môžem s čistým svedomím povedať, že rakovinové bunky doslova vyciciavajú život zo zdravých buniek, sú nenásytné a pažravé po energii (výživných látok) pre svoj nekontrolovateľný rast. Tu nám prichádza na pomoc počítačová simulácia. Práve ona nám dokáže objasniť prirodzené reparačné procesy, ktoré môžeme využiť pri tvorbe liekov, prakticky umelo pripravených účinných reparačných enzýmov.

Tieto reparačné enzýmy sú veľmi zložité komplexy. Ich úlohou je skenovať DNA, nájsť poškodené miesto, opraviť ho a znovu preventívne pokračovať v skenovaní. Problém nastáva pri otázkach: Ako to funguje? Akým spôsobom deteguje porušenie, aké aktívne miesta enzýmu sú pri tom dôležité, ako sa pohybuje po molekule DNA, ako prinesie nukleotid na opravu, na akej časti a ako je prichytený, ako sa zabezpečí naviazanie DNA a nukleotidu, ako sa zabezpečí dodanie energie, atď. Vidíte, že to vôbec nie je jednoduché. Všetky tieto interakcie ako detegovanie, naviazanie, prinesenie a opravenie priamo závisia od štruktúry proteínu. Práve tej štruktúry, ktorá je opisovaná v prvej časti článku. Vlastne celá táto "operácia" enzýmu je synchronizovaný pohyb nízkoenergetických interakcii. V princípe aj celkový život organizmu a bunky samotnej je len chémia slabých interakcii. Keď poznáme silové pôsobenie týchto interakcií môžeme na základe toho napísať algoritmus, podľa ktorého bude počítač pracovať na simulácii. Potom sa do programu nahádžu priami a nepriami aktéri (DNA, enzýmy, voda, iónové zloženie karyoplazmy...). Na výstupe môžeme sledovať krok po kroku celú "policajnú operáciu" týchto enzýmov. Zistime odpovede na vyššie položené otázky,a tieto odpovede zas môžeme použiť pri vývoji liekov. Dúfam, že si uvedomujete, že tento proces je náročný na výkon počítača a od jeho rýchlosti závisí ako rýchlo budeme mať výsledky. Za predpokladu, že máme dobrý algoritmus.

To nie sme len pri reparácii, má všeobecné využitie. Takto môžeme simulovať mnohé procesy v bunkách. Katabolické, anabolické, prenos informácii signálnymi molekulami, transportné mechanizmy v membránach a iné. Dokážeme študovať následnosť krokov v reakcii a spôsob pohybu molekúl. Alebo môžeme vytvoriť vlastný proteín, molekulu (liek?), ktorej účinok môžeme ľahšie a presnejšie pozorovať. Dopredu vieme, či sme na dobrej ceste alebo nie. Všetko závisí od postupnosti a správnosti algoritmu a výkonu počítača, či dostaneme správe výsledky v rozumnom čase. Potrebujeme k tomu digitalizovať molekuly a na základe slabých interakcií atómov poskladať nejaký systém. Tých molekúl a systémov nie je zanedbateľný počet