Εφαρμογές των υπολογιστών στη βιοτεχνολογία: πρόβλεψη δομής πρωτεϊνών με βιοϋπολογιστικές μεθόδους

Abstract

Development of methodology for the prediction of tertiary structure of homology proteins. A computational environment in the form of 3D representations was developed that integrated the individual applications. A novel method for multiple protein sequence aligment was developed based on simulating the motion of masses due to attractive gravitational forces as observed in nature. For the construction of the tertiary structure individual applications were created for fitting tertiary structures and the construction of target structures from fragment pieces of known homologons structures. Refinement was performed with the use of genetic algorithms for energy minimization. The methodology was applied in the prediction of the tertiary structure of dihytrofolate reductase of Arabitopsis Thaliana. A number of inhibitors were evaluated based on the proposed model.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με την ανάπτυξη μεθοδολογίας για την πρόβλεψη της τριτοταγούς δομής ομόλογων πρωτεϊνών. Δημιουργήθηκε ένα γενικότερο υπολογιστικό περιβάλλον εργασίας με μορφή τρισδιάστατων απεικονίσεων των επιλογών στο οποίο ενσωματώθηκαν οι επιμέρους εφαρμογές. Για τη μελέτη της πρωτοταγούς δομής αναπτύχθηκε πρωτότυπη μεθοδολογία που εξομοιώνει τη διαδικασία πολλαπλής ευθυγράμμισης αμινοξικών ακολουθιών, με κίνηση μαζών σε βαρυτικά πεδία. Για την κατασκευή της τριταγούς δομής δημιουργήθηκαν επιμέρους εφαρμογές που ταυτίζουν τροτοταγείς δομές και κατασκευάζουν την τελική δομή με σύνθεση τμημάτων γνωστών δομών. Η βελτιστοποίηση του προτύπου γίνεται με χρήση γενετικών αλγορίθμων. Η όλη μεθοδολογία εφαρμόσθηκε στην πρόβλεψη της δομής της διυδροφολικής αναγωγάσης του ζιζάνιου Arabidopsis Thaliana. Για την αναστολή της δράσης του προτάθηκαν συγκεκριμένοι αναστολείς.