Заседание Саратовского отделения МОО «Микробиологическое общество»

д.х.н., профессор С.Ю. Щеголев27 апреля 2026 г. в ИБФРМ РАН состоялось очередное заседание Саратовского отделения МОО «Микробиологическое общество».
Был заслушан доклад д.х.н., профессора Щеголева Сергея Юрьевича «Биоинформатические структурно-функциональные исследования белковых систем в постальфафолдную эпоху».
Доклад посвящен прорывным технологиям исследований структуры и функций белковых систем, стимулированным лавинообразным расширением баз данных с 3D-структурами белков, расшифрованными (предсказанными) с помощью AlphaFold по аминокислотным последовательностям. Их объем измеряется сотнями миллионов записей, и для метагеномных источников приближается к миллиарду.
Поиск 3D-структурных аналогов/гомологов исследуемых белков в базах данных PDB (экспериментальные методы) и AlphaFold DB является ценным инструментом предсказания их функций и выявления гомологичных связей отдаленно родственных объектов, недоступного при использовании аминокислотных последовательностей белков. Эти сведения чрезвычайно важны в широком спектре фундаментальных и прикладных исследований земной биоты, в том числе, для микробиологии.
Однако при указанных выше объемах современных баз данных с 3D-структурами белков поиск в них становится узким местом, требующим радикальных решений. К примеру, оцененное время поиска с популярными программами DALI и TM-align для одного белка (РНК-полимераза коронавируса) против фрагмента AlphaFold DB с 800 тысячами записей составляет около 1 недели (DALI) и более 1 дня (TM-align).
Весьма эффективное решение, программный комплекс Foldseek, представленный разработчиками в 2023-2026 гг., обеспечивает сокращение времени поиска в 10⁴-10⁵ раз. В упомянутом выше примере с РНК-полимеразой оно составляет 5 секунд. В случае с этим же белком против условной базы данных со 100 миллионами структур время поиска Foldseek оценивается примерно в 5 минут, тогда как у программы TM-align это займет около полугода. Столь революционные перемены в эффективности достигнуты благодаря замене выравнивания 3D-структур белков выравниваем эквивалентных им одномерных буквенных последовательностей. Последние получают с помощью специально разработанного структурного алфавита, описывающего третичные взаимодействия в молекуле белка.
В качестве примера в докладе приведены результаты совместных исследований белковых поверхностных компонентов бактерий и архей, проводимых по договору о сотрудничестве между ИБФРМ и ИБ (Институт белка) РАН. В них были выявлены и описаны уникальные нитевидные поверхностные структуры одного из штаммов галоархей (DOI: 10.1016/j.isci.2025.111793) и обоснована актуальность поиска подобных образований у других представителей прокариотов. Исключительно полезным инструментом для этого оказался ресурс Foldseek (https://search.foldseek.com/search). С его помощью в базах данных PDB и AlphaFold DB для архей и бактерий были получены десятки и сотни мишений для основных белков указанных выше поверхностных структур и обнаружены соответствующие им генные кластеры.
В качестве завершающего тезиса в докладе приведена цитата из статьи van Kempen et al. (2024) (DOI: 10.1038/s41587-023-01773-0): «Наличие высококачественных структур практически для каждого уложенного белка кардинально меняет биологию и биоинформатику. Анализы, основанные на последовательности, вскоре будут в значительной степени вытеснены анализами, основанными на структуре.»
д.б.н., профессор О.В. Турковская члены Саратовского отделения МОО "Микробиологическое общество"