Исследователи расшифровали химию смертельного генетического заболевания

Ученые подошли к разгадке механизмов редкого и смертельно опасного генетического заболевания — дефицита орнитинтранскарбамилазы (ОТС). Применив инновационный инструмент искусственного интеллекта, исследователи выявили, как именно мутации в гене нарушают работу ключевого фермента.

Дефицит ОТС — это генетическое заболевание, при котором нарушается способность организма выводить аммиак, что может привести к повреждению мозга или печени и даже смерти

Источник: Алисса Стоун/Северо-Восточный университет

Исследовательская команда из Северо-Восточного (США) университета совершила важное открытие в понимании биохимических основ дефицита орнитинтранскарбамилазы (ОТС), опасного генетического заболевания. Эта болезнь нарушает способность организма обезвреживать и выводить аммиак, что зачастую приводит к тяжелейшим поражениям мозга и печени, а в отдельных случаях и к летальному исходу. Ученые под руководством профессоров Мэри Джо Ондечен и Пенни Бенинг использовали оригинальный алгоритм машинного обучения POOL, который с высокой точностью предсказывает, как различные генетические мутации влияют на функциональность белков. Исследование совместили с лабораторными экспериментами для анализа десятков мутаций в гене OTC.

Этот ген отвечает за производство фермента OTC, важного для цикла мочевины — процесса, в ходе которого токсичный аммиак преобразуется в мочевину и безопасно выводится из организма. Как отмечает профессор Бенинг, метод машинного обучения Ондечен демонстрирует исключительную эффективность, и это уже второй случай, когда его прогнозы были блестяще подтверждены экспериментальным путем. Ученые задались вопросом о том, почему конкретная мутация является «плохой» и как именно она провоцирует развитие заболевания. 

Накопление аммиака может быть токсичным и привести к серьезным последствиям, включая повреждение мозга или печени и даже к смерти

Источник: Freepik

В процессе работы был выявлен парадокс: некоторые мутации, связанные с болезнью, показали нормальную активность в пробирке, однако оказывались дефектными при тестировании в живых клетках. Это указывает на сложность биологической системы и важность изучения мутаций в условиях, максимально приближенных к реальным.

Исследователи сосредоточились на анализе специфических аминокислот в структуре фермента, способных менять свой электрический заряд. Именно это свойство позволяет ферменту катализировать химические реакции. Были проведены вычисления специального показателя, который описывает интенсивность взаимодействия этих заряженных аминокислот с окружающей их средой. Данный подход позволил создать надежный инструмент для прогнозирования того, какие именно генетические вариации оказывают наиболее разрушительное воздействие на функцию OTC. Это открытие имеет огромное значение для будущей диагностики и терапии, позволяя сузить круг наиболее опасных мутаций для подробного изучения.

Ранее российские ученые нашли ключ к лечению неизлечимых болезней.