Дискуссия: Биологические аспекты сворачивания РНК

Научная дискуссия
|




## Тезисы

В статье «Автоматизированное предсказание de novo третичной структуры РНК» представлен подход поиска третичной структуры РНК наиболее автоматизированным путем. В качестве входных данных требуется лишь первичная структура РНК. Это было бы идеальное решение вопроса. Но авторы показывают, что есть и не точные результаты - проблему они видят в неточной функции энергии, которая не отражает с достаточной точностью реальные взаимодействия. Есть и проблемы вычислительного характера, особенно характерные для более длинных цепочек РНК.

## Выдвигаемые положения

### Общие положения

- Подход изложенный в статье позволил наметить отделение биологических аспектов от вычислительных (подробнее вычислительные аспекты обсуждаются в Дискуссия: ИИ - аспекты при исследовании сворачивания РНК), но все еще остаются пограничные вопросы, которые необходимо прояснить.
- В процессе исследования вычислительного аспекта - возможности более быстрого нахождения траектории сворачивания цепи (см. RNAFoldingAI) оказалось, что подход имеет существенную биологическую проблематику. Это же отмечают и авторы статьи, но несколько в другом аспекте.
- Авторы считают, что проблемы точности в основном из-за использования простой функции энергии, и предлагают ее уточнить так чтобы она отражала еще дополнительные взаимодействия. В определенной мере это так, но это скорее вторично чем первично.
- Основной недостаток мы видим в том, что не моделируется именно ход сворачивания. А именно совершенно не достаточно той термодинамической гипотезы, которая утверждает, что
*сворачивание РНК идет по пути минимизации свободной энергии*. - Как следствие, при моделировании не учитывается время, а именно при расчете взаимодействий не учитывается последовательность наступления взаимодействия. А это имеет критическое значение, так как любой поворот сделанный не в той последовательности приведет к совершенно другим взаимодействиям. Поэтому рассчитывая взаимодействия при случайном выборе поворота с помощью метода Монте Карло мы принципиально не в силах получить идеальное (т.е. биологически точное) состояние. А траектория тем более представляет собой случайный набор поворотов.
- Другой важный аспект. Нужно понимать, что мы моделируем реальность в которой события происходят одновременно и параллельно. Но моделировать расчеты таким образом слишком сложно, и поэтому моделируются последовательные шаги. Это нужно учитывать, чтобы понимать какой результат мы ожидаем.

### Проблемные решения (пояснения)

Есть некоторые нюансы, которые нельзя понять из статьи, но они прослеживаются из исходного кода программного обеспечения. Здесь мы отметим эти нюансы:

- За каждый случайный поворот поворачиваются 3 нуклеотида, причем первый выбирается случайно, а последующие два согласно их расположению в фрагменте РНК, который взят как набор возможных положений (из
*Haloarcula marismortui*) - За начальное состояние берется полностью вытянутая цепочка РНК, но затем поворачиваются случайно выбранные позиции на случайно выбранные углы. Таким образом, моделируется нагревание, и нужно думать что делается это для того, чтобы цепочка РНК приняла бы произвольное-естественное состояние
- Во время моделирования два из компонентов функции энергии меняют весовые коэффициенты. А именно моделирование происходит как бы в три этапа, вначале эти два компонента не учитываются, и проводится понижение энергии, затем учитываются на половину, и потом целиком. Таким образом оценочная функция энергии меняется и получается, что первый этап привел к локальному минимуму, а на втором и третьем из-за скачка (прироста) „неучтенной энергии“ мы изменили схождение в произвольном направлении.

В последствии мы покажем, что эти решения были недостаточно продуманными, вызваны скорее желанием сократить вычислительные затраты и статистическое схождение. Но они становятся серьезным препятствии на пути достижения качественного, биологически правдоподобного результата.

## Основная задача дискуссии

Доказать или опровергнуть следующею теорему:

Файл:Logo arte.jpg | Теорема сворачивания РНК. Сворачивание РНК идет по пути минимизации свободной энергии с течением времени, при этом повороты нуклеотидов могут происходить одновременно.
|


Отметим существенное отличие от гипотезы о сворачивании, или точнее ее частном понимании, которое используется в обсуждаемой статье. Повороты нуклеотидов не происходят последовательно по одному в момент времени. Поэтому изменение энергии при последовательном переборе не обязательно должно все время уменьшаться, так как вполне вероятно, что два или больше поворотов по отдельности могут повышать энергию, а одновременно тем не менее уменьшать.

Данная теорема (если она будет доказана) объясняет также парадокс Левенталя.

## Обсуждение

В принципе сама теорема достаточно очевидна с точки зрения процессов в физической реальности, поэтому не очень понятно как это строго доказать. То есть нужно доказать, что именно это имеет место. S.J. 15:54, 15 февраля 2010 (UTC)