Bolyhos fehérjék, fuzzy logika a kutatásban

Egy új általános fehérjemodellt vázolt fel Fuxreiter Mónika, az MTA-DE Fehérjedinamikai Kutatócsoport vezetője. Az elmosódott szerkezetű fehérjék elméletének alapja az elmosódott szerkezetű fehérjekomplexek felfedezése. Az új modellt bemutató internetes előadást akkreditálta az USA orvosi képzésért felelős tanácsa (ACCME), így hivatalos tananyagként szerepelhet bármely amerikai egyetem programjában.

Az elmosódott szerkezetű – angolul fuzzy, azaz bolyhos – fehérjekomplexek létezésére először Fuxreiter Mónika és Tompa Péter tettek javaslatot 2008-ban. A fuzzy komplexeket általában olyan fehérjék alkotják, amelyeknek nincs jól meghatározható háromdimenziós szerkezetük, és e szerkezeti sokszínűséget más fehérjékkel vagy nukleinsavakkal kölcsönhatásba lépve is megőrzik. Mint felfedezték, a „bolyhosság" fontos szerepet játszik a szövetekre jellemző fehérje-interakciós hálózatok kialakításában, és sajátos módon változik meg rákos sejtvonalakban. Az is kiderült, hogy a rákkeltő vírusfehérjék működéséhez elengedhetetlenek a fuzzy fehérjeszakaszok, amelyek lehetővé teszik több fehérje működésének együttes megzavarását.

A fuzzy komplexek létezését számos kísérleti eredmény támasztotta alá, s ez lehetővé tette a jelenség mélyebb értelmezését és általános elméletté való fejlesztését. Az elmélet túlmutat a bolyhos komplexek világán, és arra mutat rá, hogy sztochasztikus (azaz véletlenszerű) összefüggés áll fent a fehérjék szekvenciája, szerkezete és működése között. E modellben mindhárom elem sokaságként fogható fel, amelyek között a fuzzy logika szabályai érvényesek.

A fuzzy logika arra szolgál, hogy pontatlan vagy bizonytalan információkat is lehessen kezelni matematikailag. Például egy fuzzy logikát használó számítógépes rendszerben nem csak két logikai érték létezik, az igen és a nem, vagy 1 és 0, be és ki, hanem közbülső értékek is. Így például a kissé igaz érték leírható 0,2-vel, a félig-meddig 0,5-tel, az elég igaz 0,7-tel, a szinte igaz 0,9-cel. Fuzzy logikán alapuló irányítási rendszerek megtalálhatók különböző robotok, gépek irányítási rendszereiben, mert így jobban tudják kezelni az emberi fogalmak „elmosódottságát".

Fuxreiter Mónika és kollégái fehérjeelméletében a fuzzy logika segítségével lehet kezelni azt a helyzetet, hogy a fehérjeszerveződések létrejöttében számos körülmény és elem játszik közre. Az elmélet szerint például sejttípustól vagy stresszkörülményektől függően a fehérjék eltérő funkciókat tölthetnek be: a szerkezeti sokféleség, a fuzziness a környezethez való adaptáció alapjául szolgál.

A fehérjék szerkezeti sokféleségének jelentőségét ma már nemzetközileg elismerik. A magas impaktfaktorú publikációkon kívül több tucatnyi nemzetközi konferencia-előadás igazolja az a téma iránti érdeklődést. Mindezt tovább erősíti, hogy az elmosódott szerkezetű fehérjék elmélete helyet kapott a Henry Stewart Talks 2017-es élettudományi előadásai között. Az elmosódott fehérjék elmélete az egyetlen Észak-Amerikán és Nyugat-Európán kívüli szerzőjű előadás a sorozatban. A fuzziness népszerűségét és a téma aktualitását mutatja, hogy az élettudományi előadások leglátogatottabb 5%-ába tartozik.

Fuxreiter Mónika az MTA Lendület programjának támogatásával a Debreceni Egyetem Biokémiai és Molekuláris Biológiai Intézetében dolgozik. Az általa vezetett MTA-DE Fehérjedinamikai Kutatócsoport jelenleg a fuzzy jelenség mennyiségi jellemzésével foglalkozik. Kidolgozás alatt áll egy előrejelzési módszer a fuzzy fehérheszakaszok azonosítására, és ily módon a sejtben lévő fehérjék dinamikus állapotának becslésére.

Kép: mta.hu