Ученые из Университета штата Пенсильвания разработали полностью компьютерный метод проектирования новых белков, которые теоретически могут восприниматься человеком как сладкие. Исследование, на данном этапе не выходившее за рамки моделирования, открывает путь к созданию подсластителей нового поколения, которые не встречаются в природе.
Поводом для работы стал глобальный запрос на снижение потребления сахара. Существующие натуральные белковые подсластители, которые в сотни и тысячи раз слаще сахарозы, имеют ограничения: их немного, они нестабильны при нагреве или в кислой среде, их сложно производить в промышленных масштабах. Американские исследователи решили не искать новые белки в природе, а спроектировать их с нуля под конкретную задачу.
В качестве цели был выбран рецептор сладкого вкуса человека, а именно его субъединица TAS1R2. С помощью набора ИИ-инструментов, изначально созданных для разработки лекарств, ученые смоделировали трехмерные структуры белков, способных связываться с ключевым участком этого рецептора. Специальные алгоритмы подбирали аминокислотные последовательности и просчитывали, насколько прочно и стабильно спроектированная молекула будет взаимодействовать с рецептором.
Из множества вариантов система выделила три наиболее перспективных белка-кандидата. Дальнейшее компьютерное моделирование показало, как каждый из них будет вести себя с течением времени. Алгоритмы анализировали, насколько обширную и устойчивую связь белок формирует с рецептором, поскольку от этого зависит передача в мозг сигнала о сладком вкусе. Один из кандидатов показал наиболее обширную площадь контакта, другой – самую стабильную химическую «сцепку».
Авторы работы оговариваются, что это лишь доказательство работоспособности самого метода. Ни один из спроектированных белков еще не был синтезирован в лаборатории и не проходил проверку на вкусовых клетках. Следующим шагом станет экспериментальное подтверждение, действительно ли эти молекулы активируют рецептор и ощущаются как сладкие.
Если предложенный подход докажет свою эффективность, он позволит создавать искусственные подсластители с заранее заданными свойствами – например, устойчивые к высоким температурам и пригодные для выпечки. Технологию также можно будет адаптировать для управления другими вкусами: горечью, умами или соленостью. Это может изменить сам подход в пищевой науке – не находить вкусовые молекулы, а целенаправленно «сочинять» их.