$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Заболеваемость животных растет, и на это явление влияет изменение климата. Повышение глобальной температуры привело к размножению микроорганизмов и появлению условно-патогенных микроорганизмов, способствуя развитию вирулентных и устойчивых к лекарствам болезней1. Изменение климата влияет на почву, воду, кожу и микробиом кишечника, что приводит к постоянному стрессу для физиологии животных и адаптации к окружающей среде. Было продемонстрировано, что это явление ставит под угрозу иммунные реакции, делая животных более восприимчивыми к новым патогенам, что может иметь смертельные последствия и потенциально привести к вымиранию некоторых видов 2,3,4,5. Ярким примером является синдром белого носа (WNS), заболевание, вызываемое грибком Pseudogymnoascus destructans, поражающим летучих мышей, находящихся в спячке. Эта и другие болезни не были выявлены до тех пор, пока в 2006 году на американском континенте не произошло значительное числосмертей6. Чтобы смягчить ущерб, причиняемый такими патогенами, исследователи обратились к введению антимикотиков, таких как итраконазол и кетоконазол, и пробиотиков, включая инокуляцию полезной микробиоты Pseudomonas fluorescens7. Другим примером заболевания, вызванного грибком, является Ophidiomyces ophiodiicola, грибок, вызывающий дерматит и мультисистемные заболевания как у неволных, так и у диких змей 4,8.
Эти исследования подчеркивают необходимость повышения осведомленности и понимания грибковых заболеваний у диких животных для скорейшей реализации практических решений. Сообщалось о грибковых инфекциях у амфибий, и одним из распространенных патогенов, поражающих этих животных, является водный грибок Batrachochytrium dendrobatidis (Bd), который вызывает хитридиомикоз. Это заболевание вызывает серьезные поражения кожи и нарушает нормальную функцию кожи у восприимчивых животных, что потенциально может привести к смертности9. Этот патоген был широко распространен с 20-го века, способствуя исчезновению 90 видов амфибий. Распространенность этих инфекций представляет собой существенную проблему для их профилактики и определения эффективных методов лечения, поскольку они требуют учета различных экологических, физиологических, микробиомных и других факторов10.
Хорошо задокументировано, что патогенные микроорганизмы обладают способностью быстро развивать механизмы резистентности посредством генетического кодирования, процесс, который может быть проиллюстрирован производством насосов внешнего оттока для лекарств иантибиотиков. Кроме того, было замечено, что эти микроорганизмы модифицируют липидный состав мембраны с целью противодействия эффектам специфических молекул12. Область белковых последовательностей вызвала значительный интерес, особенно в контексте ее интеграции в подходы к лечению и построению моделей структуры белка. Эти модели разработаны для оптимизации лабораторного времени и ресурсов до начала синтезабелка. Профилактика инфекций в этих случаях является сложной задачей, включающей множество экологических, физиологических и микробиомных факторов14. Такой подход способствует более эффективному управлению временем и ресурсами в лаборатории и подчеркивает сложность поставленной задачи.
В интересах повышения потенциала практического применения существующих соединений, а также создания новых соединений с более значительным потенциалом для такого применения, крайне важно использовать опыт из различных дисциплин, включая химию, молекулярную биологию, физику и программирование. Для этого доступно несколько инструментов, в том числе I-TASSER (Iterative Threading ASSembly Refinement)15,16 и trRosetta 17,18 (Предсказание структуры белка с помощью TRansform-сдержанной Rosetta). предсказание структурных белков и UCSF Chimera (система визуализации для поисковых исследований и анализа от Калифорнийского университета в Сан-Франциско)19 и HEX loria (интерактивная программа докинга белка и молекулярной суперпозиции)20 для молекулярного докинга и редактирования файлов PDB.
Ай-ТАССЕР — это автоматизированный онлайн-сервер, который прогнозирует структуру и функции. Эта программа доступна через веб-браузер или в виде загрузки. На странице отправки пользователи могут ввести последовательность в формате FASTA или скачать архив в формате .txt. Серверный процесс включает в себя идентификацию структурных шаблонов с определенной степенью гомологии, как описано в разделе Локальный мета-поточный сервер LOMETS 20,21,22,23,24,25. После обработки сервером миллиона потенциальных результатов инициируется процесс фильтрации, и фрагменты выбираются на основе среднеквадратичного отклонения корня (RMSD), TM (метрика, используемая для оценки структурного сходства между двумя моделями) и C-score (метрика, используемая для оценки достоверности структурных моделей белков, сгенерированных инструментами). Пользователи могут настраивать результаты на основе заранее заданных параметров, предоставленных в программе, или вводить свои собственные значения в зависимости от их конкретной последовательности или структурных ожиданий 20,21,22,23,24,25.
trRosetta – это высокоэффективная программа для прогнозирования структуры белка. На этом сервере пользователи могут отправлять последовательности в формате архива, TXT, FASTA, входной последовательности или последовательности множественного выравнивания (MSA). Эта программа позволяет пользователям выбирать между шаблонами или выполнять trRosetta-single для свертывания последовательностей. Эти серверы используют сеть глубокого обучения для создания структурных прогнозов. Процесс прогнозирования последовательности включает в себя начальный этап прогнозирования карты контактов и расстояний, за которым следует выбор пяти основных шаблонов для окончательной модели и шаг по минимизации энергии на сворачивание иуточнение.
Сервер High Ambiguity Protein-Protein Docking (HADDOCK) — это вычислительный инструмент, который обеспечивает гибкую стыковку двух или более PDB-файлов, охватывающих структуры белка, пептида, лиганда и рецептора. Этот сервер использует подход, который включает в себя AIR (Ambiguous Interaction Restraints), которые кодируют информацию от предсказанных или идентифицированных белков в процессе стыковки. АИР включают в себя аминокислотные ограничения, классифицируя их как пассивные или активные аминокислоты. Включение активных аминокислот имеет особое значение, так как они указывают на потенциальные сайты связывания или взаимодействия между белковыми рецепторами. В конструкцию программы включено воздействие растворителя на модель26.
HEX Loria — это интерактивный онлайн-сервер, облегчающий анализ белковых комплексов и молекулярный докинг. Этот сервер может считывать архивы координат в формате Protein Data Bank (PDB) и быстро генерировать расчеты стыковки с помощью графических мишеней NVIDIA или CUDA. Программа может производить до 1000 предсказаний стыковки и использует корреляцию Фурье для общей ориентации двух молекул27. Интерфейс HEX Loria разработан таким образом, чтобы быть удобным для пользователя, что позволяет исследователям легко загружать свои белковые структуры и настраивать параметры для моделирования стыковки. Было показано, что способность сервера использовать графические процессоры NVIDIA или CUDA приводит к значительному ускорению времени вычислений, что позволяет исследователям получать результаты с большей оперативностью. Кроме того, HEX Loria предлагает ряд вариантов визуализации результатов стыковки, что позволяет пользователям проводить подробный анализ прогнозируемых белковых взаимодействий.
Использование UCSF Chimera является обязательным условием для обеспечения точности результатов исследований. Это программное обеспечение требует установки для выполнения настоящего протокола, и будут использоваться следующие функциональные возможности: измерение межатомных расстояний и различные другие аналитические задачи. Программное обеспечение может похвастаться такими функциями, как маркировка, раскрашивание, рендеринг поверхностей и экспорт фигур в форматах JPG или PNG. Включение меток и цветов облегчает идентификацию аминокислот с высокой вероятностью контакта между рецептором и разработанным антимикробным белком. Кроме того, он позволяет точно измерять расстояние между этими аминокислотами.
Этот протокол направлен на выявление альтернативных вариантов лечения возникающей проблемы со здоровьем, поражающей амфибий. Хитридиомикоз, грибковая инфекция кожи, наблюдается на различных стадиях развития амфибий. Основным источником инфекции среди этих животных являются водоемы, где они обычно обитают и занимаются различными видами деятельности. Разработка эффективного противогрибкового средства требует идентификации как минимум трех молекулярных мишеней: взаимодействие с клеточной стенкой с помощью зарядов, связывание с плазматической мембраной и, наконец, связывание и взаимодействие с рецепторным белком на мембранном уровне, который играет жизненно важную роль в грибке Bd.