Supercomputer HPC: Applications

Wprowadzenie: Białka występujące w organizmach żywych pełnią różnorakie role w szczególności są: podstawą szlaków metabolicznych (białka enzymatyczne), odpowiadają za komunikacje i przesyłanie sygnałów (białka receptorowe i sygnałowe) oraz pełnia role strukturalną (białka strukturalne np. kolagen). W nowoczesnej biotechnologii przemysłowej i medycznej istnieje ogromne zapotrzebowanie na projektowanie i wytwarzanie białek o właściwościach nie obserwowanych w znanych organizmach żywych. Najczęściej stosowaną w tego rodzaju badaniach techniką jest użycie sekwencji aminokwasowej białka o znanej i określonej funkcji biologicznej i poprzez racjonalne projektowanie wspomagane komputerowo, modyfikacja oryginalnej sekwencji w taki sposób, aby wprowadzić nową funkcjonalność albo np. usunąć jedną z oryginalnych funkcjonalności. Inna technika jest opracowywanie de novo nowych sekwencji aminokwasowych (nie występujących w naturze) o określonych cechach i właściwościach. Oczywiście wprowadzanie modyfikacji do znanych już sekwencji lub projektowanie sekwencji de novo często prowadzi do sytuacji osiągniecia zaplanowanego celu (nowa funkcjonalność) jednak powstały produkt posiada niepożądane właściwości biofizyczne (np. niska odporność na temperaturę, zmiany pH, słabą rozpuszczalność itp.) i wymaga dalszego udoskonalenia zanim będzie mógł być wykorzystany praktycznie.
Cel badań: Zaprojektowanie de novo sekwencji krótkich sekwencji aminokwasowych posiadających właściwości katalityczne. Główne zainteresowanie będzie skupiało się na zaprojektowaniu małych białek i peptydów zdolnych do hydrolizy (lub syntezy) wiązań pirofosforanowych i/lub fosfodiestrowych. Hydroliza/synteza wiązań pirofosforanowych i/lub fosfodiestrowych jest kluczowa z punktu widzenia każdego organizmu żywego (gospodarka energetyczna organizmów opiera się na pirofosforanach np. ATP, a wiązania fosfodiestrowe to integralny składnik materiału genetycznego DNA, RNA). Wyniki badań teoretycznych będą weryfikowane w eksperymentalnie. Białka/peptydy o opisanych powyżej właściwościach są bardzo mocno wykorzystywane w biotechnologii i medycynie do kontroli procesów energetycznych komórek i organizmów lub do kontroli metabolizmu materiału genetycznego (kontrola ekspresji genów). Ponadto przemiany pirofosforanów i estrów kwasu fosforowego leżą u podstaw zrozumienia początków organizmów żywych (astrobiologia).
Stosowane narzędzia: Pakiet do symulacji dynamiki molekularnej np. AMBER, NAMD; narzędzia bioinformatyczne np. MAFFT, MUSCLE, TASSER; własne oprogramowanie tworzone w języku Ptyhon 3.0.