Гаравири Махмуд — аспирант, кафедра «Биотехнология и биоорганический синтез»
125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11
Mahmood Gharaviri, Postgraduate, Department «Biotechnology and Bioorganic Synthesis»
11, Volokolamsk highway, 125080, Moscow
Дегтярев Иван Александрович — аспирант, кафедра «Биотехнология и биоорганический синтез»
125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11
Ivan A. Degtyarev, Postgraduate, Department «Biotechnology and Bioorganic Synthesis»
11, Volokolamsk highway, 125080, Moscow
Алексаночкин Денис Игоревич — аспирант, кафедра «Биотехнология и биоорганический синтез»
125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11
Denis I. Aleksanochkin, Postgraduate, Department «Biotechnology and Bioorganic Synthesis»
11, Volokolamsk highway, 125080, Moscow
Фоменко Иван Андреевич — кандидат технических наук, доцент, кафедра «Биотехнология и биоорганический синтез»
125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11
Ivan A. Fomenko, Candidate of Technical Sciences, Docent, Department «Biotechnology and Bioorganic Synthesis»
11, Volokolamsk highway, 125080, Moscow
Машенцева Наталья Геннадьевна — доктор технических наук, профессор РАН, профессор, кафедра «Биотехнология и биоорганический синтез»
125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11
Natalya G. Mashentseva, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Russian Academy of Sciences, Professor, Department «Biotechnology and Bioorganic Synthesis»
11, Volokolamsk highway, 125080, Moscow
The traditional approach to obtaining, identifying, and confirming the biological activity of peptides is laborious and timeconsuming. The development of bioinformatics and computer modeling made it possible to carry out a preliminary theoretical assessment of the potential biological activity of peptides. The aim of the study was to carry out theoretical enzymatic hydrolysis in silico of chickpea, rapeseed and hemp proteins, as well as to predict the profile of potential biological activity of the resulting peptides using bioinformatics tools. As a result of the search for the initial amino acid sequences of chickpea, rapeseed and hemp proteins in the UniProtKB database using the keywords “Cicer arietinum”, “Brassica napus”, “Cannabis sativa”, as well as the origin of the protein — “Storage protein”, 5 isoforms of legumin, 3 isoforms of vicilin and 2 isoforms of provicilin were found in chickpea proteins; rapeseed proteins contained 6 isoforms of cruciferin protein and 7 isoforms of napine; hemp proteins contained 3 isoforms of edestin-1 and edestin-2, 2 isoforms of edestin-3 and 1 isoform of albumin. After hydrolysis using the tools of the BIOPEP-UWM database, 10,131 amino acid sequences of chickpea proteins, 7,206 amino acid sequences of rapeseed proteins and 8,479 amino acid sequences of hemp proteins were obtained. As a result of the classification of the obtained peptides according to the predicted value of their biological activity using PeptideRanker, as well as after predicting toxicity, bitterness and allergenicity, 35 biologically active peptides (BAPS) were identified from chickpea proteins, 21 from rapeseed proteins and 22 from hemp proteins. For chickpea proteins, 29 potential ACE inhibitors, 27 DPP IV inhibitors, 6 oncostatic, 4 antioxidant, 4 antifungal and 3 antihypertensive peptides were predicted. For rapeseed, 22 potential DPP IV inhibitors and 20 ACE inhibitors, 5 antifungal peptides, 3 peptides with potential antioxidant effect, 3 with antithrombotic properties, 2 antihypertensive peptides, 2 with oncostatic properties and 1 with antibacterial activity were determined. Potential ACE-inhibiting activity was determined for 16 hemp peptides, 15 are DPP IV inhibitors, 7 have antifungal activity, 5 have antioxidant and oncostatic effects, 4 have antihypertensive properties, 1 has antituberculous effect. In the future, further in vitro and in vivo studies are needed to confirm biological activity, as there is a potential discrepancy between the results of in silico modeling of hydrolysis and prediction of biological activity and the data from experimental studies.
Традиционный подход к получению, идентификации и подтверждению биологической активности пептидов является трудоемким и занимает много времени. Развитие биоинформатики и компьютерного моделирования позволило предварительно проводить теоретическую оценку потенциальной биологической активности пептидов. Целью исследования являлось проведение теоретического ферментативного гидролиза in silico белков нута, рапса и конопли, а также прогнозирование профиля потенциальной биологической активности образующихся пептидов с использованием инструментов биоинформатики. В результате поиска исходных аминокислотных последовательностей белков нута, рапса и конопли в БД UniProtKB по ключевым словам «Cicer arietinum», «Brassica napus», «Cannabis sativa», а также происхождению белка — «Storage protein», у белков нута было обнаружено 5 изоформ легумина, 3 изоформы вицилина и 2 изоформы провицилина; рапсовые белки содержали 6 изоформ белка круциферина и 7 изоформ напина; конопляные белки содержали 3 изоформы эдестина-1 и эдестина-2, 2 изоформы эдестина-3 и 1 изоформу альбумина. После гидролиза с использованием инструментов базы данных BIOPEP-UWM было получено 10131 аминокислотная последовательность белков нута, 7206 аминокислотных последовательностей белков рапса и 8479 аминокислотных последовательностей белков конопли. В результате классификации полученных пептидов по предсказанной величине их биологической активности с помощью PeptideRanker, а также после предсказания токсичности, горечи и аллергенности, было выявлено 35 биологически активных пептидов (БАП) из белков нута, 21 — из белков рапса и 22 — из белков конопли. Для белков нута было предсказано 29 потенциальных ингибиторов АПФ, 27 ингибиторов DPP IV, 6 онкостатических, 4 антиоксидантных, 4 противогрибковых пептида и 3 антигипертензивных; для рапса определено 22 потенциальных ингибитора DPP IV и 20 ингибиторов АПФ, 5 противогрибковых пептидов, 3 пептида с потенциальным антиоксидантным эффектом, 3 с антитромботическими свойствами, 2 антигипертензивных пептида, 2 с онкостатическими свойствами и 1 с антибактериальной активностью; для 16 пептидов конопли определена потенциальная АПФ-ингибирующая активность, 15 являются ингибиторами DPP IV, 7 с противогрибковой активностью, 5 с антиоксидантным и онкостатическим эффектом, 4 с антигипертензивными свойствами, 1 с противотуберкулезным эффектом. В перспективе необходимы дальнейшие исследования in vitro и in vivo для подтверждения биологической активности, т. к. имеется потенциальное расхождение между результатами in silico моделирования гидролиза и прогнозирования биологической активности и данными экспериментальных исследований.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.