As proteínas são os blocos de construção da vida e dos agentes biológicos. Eles são motores de crescimento e desenvolvimento e propagação de vírus e bactérias, e têm papéis importantes nas vias de doenças e virtualmente em todas as funções celulares. Conforme os cientistas ganham conhecimento sobre as proteínas, os mecanismos por trás dos mistérios biológicos são revelados.

Para ajudar a esclarecer o funcionamento das proteínas, Lukasz Kurgan, pesquisador da Virginia Commonwealth University, Ph.D., vice-presidente do Departamento de Ciência da Computação da Escola de Engenharia, desenvolveu uma série de programas de bioinformática para auxiliar biólogos no desenvolvimento de percepções sobre as funções de proteínas intrinsecamente desordenadas. Este grupo de proteínas carece de uma estrutura fixa, o que significa que são total ou parcialmente flexíveis e amorfos.

Nas últimas décadas, cientistas sequenciaram 85 milhões de proteínas únicas, estruturados e não estruturados da mesma forma, mas ainda não sei o que a grande maioria dessas proteínas faz. À medida que mais proteínas são descobertas, programas de computador mais sofisticados devem ser desenvolvidos para ajudar a determinar suas funções.

"Fizemos a curadoria manualmente, mas entendemos menos de 1 por cento dessas proteínas, e agora há mais de 80 milhões para resolver, "disse Kurgan, um professor dotado da Qimonda e cientista de dados. "Um programa pode resolver essas proteínas mais rápido do que um único ser humano e pode ajudar os pesquisadores a acelerar a geração de hipóteses."

Resolvendo o quebra-cabeça

Determinar a função de uma proteína torna-se ainda mais desafiador quando uma proteína está completa ou parcialmente desordenada. Quando uma proteína tem uma estrutura definida, pesquisadores usam conhecimentos prévios e programas de bioinformática para primeiro decifrar essa estrutura, o que ajuda a determinar a função. Se a proteína estiver desordenada, os biólogos recorrem a programas construídos por Kurgan e outros cientistas da computação que usam modelos preditivos para gerar hipóteses viáveis ​​sobre a função da proteína.

Desde 2008, Kurgan desenvolveu quatro programas para esse fim. Esta Primavera, sua equipe recebeu $ 500, 000 subvenção da National Science Foundation para desenvolver programas subsequentes. Até aqui, Os programas de Kurgan têm mais de 7, 000 usuários de mais de 1, 300 cidades em 96 países.

Kurgan também desenvolveu seis programas que determinam se uma proteína está desordenada ou não. Em 2012, seu programa MFDp ficou em terceiro lugar entre 28 participantes no experimento CASP10 mundial semestral, que avalia a eficácia dos preditores de transtorno intrínseco em computadores e humanos. Em 2014, O laboratório de Kurgan lançou o DisoRDPbind, o primeiro programa a prever funções múltiplas de proteínas intrinsecamente desordenadas.

Os programas de Kurgan usam coleções existentes de dados sobre proteínas cujas funções foram determinadas para construir modelos preditivos para mapear as funções de proteínas intrinsecamente desordenadas desconhecidas.

“Os detalhes não são fáceis. Construir esses modelos requer um pouco de arte, teoria e experiência, "Kurgan disse.

Novas ideias para a desordem

É um fato comumente aceito entre os cientistas que proteínas desordenadas, semelhantes às suas contrapartes estruturadas, têm funções essenciais. Esta afirmação foi inicialmente recebida com descrença, como é inicialmente comum com muitas descobertas científicas.

"Cerca de 30 anos atrás, quando proteínas desordenadas foram descobertas, havia muitos negadores. Algumas pessoas disseram que isso é apenas ruído nas estruturas das proteínas, "Kurgan disse." Agora, a desordem como mecanismo da biologia é um fato aceito. Só porque uma proteína não tem estrutura definida, não significa que seja inútil. Simplesmente funciona de uma maneira diferente. "

Agora, decifrar transtorno é um esforço colaborativo na comunidade científica, e vários programas de várias entidades se reúnem para fornecer diferentes abordagens para determinar as funções de proteínas desordenadas. Kurgan trabalhou com pesquisadores da University of South Florida, Indiana University, e as universidades de Tianjin e Nankai na China, em um estudo que usou seus programas para descobrir a incidência de transtorno intrínseco em cerca de 1, 000 espécies de todos os reinos da vida. Vários outros estudos colaborativos enfocaram os papéis funcionais do transtorno intrínseco no HIV, Vírus da hepatite C e da dengue.

"Coletivamente, podemos ultrapassar os limites do que está sendo feito, "Disse Kurgan." Não é baseado nos esforços de um pesquisador ou grupo específico. Coletivamente, ajudamos uns aos outros. "