ContaMiner est un site Web, programme open source développé par une équipe interdisciplinaire unique de l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST), Arabie Saoudite. Ce programme fait déjà gagner du temps aux chercheurs internationaux.

« Dans quelle mesure pouvez-vous comprendre et réparer une voiture si vous n'avez pas une image détaillée de ce qui se passe sous le capot ? » a déclaré Stefan Arold, professeur agrégé de la KAUST. « Les protéines sont les chevaux de bataille de la vie :leur fonction et leur dysfonctionnement créent la vie et y mettent fin. La séquence d'acides aminés de chaque protéine se replie en une structure 3D particulière qui est nécessaire pour soutenir sa fonction. Si vous voulez comprendre, affecter ou modifier la fonction d'une protéine, vous devez connaître sa structure 3D, " il expliqua.

Le processus pour déterminer cette structure commence par purifier et cristalliser la protéine étudiée. Le cristal de protéine est alors bombardé par des rayons X extrêmement puissants, qui diffractent dans diverses directions, donnant une indication de sa structure. Les chercheurs appliquent alors « le remplacement moléculaire, " qui compare le cristal de protéine cible à la structure 3-D d'autres protéines similaires connues.

Mais pour que les chercheurs comparent leur protéine avec des protéines similaires, ils doivent d'abord savoir comment ses acides aminés sont arrangés. ContaMiner peut aider les chercheurs à déterminer s'ils cherchent même la bonne protéine pour commencer.

"La protéine que nous avons cristallisée n'est peut-être pas la protéine que nous pensions, mais plutôt un contaminant inconnu, " a expliqué Arold. Les contaminants à base de protéines peuvent, plus souvent qu'on ne le pensait auparavant, se cristalliser au lieu de, ou en plus de, la protéine étudiée. Ceux-ci peuvent provenir de l'organisme qui a produit à l'origine la protéine ou se produire pendant le processus de purification ou de cristallisation.

"Les scientifiques perdent souvent des mois de travail avant d'identifier l'erreur et l'identité du contaminant protéique qu'ils avaient involontairement cristallisé, " dit Arold.

L'équipe d'Arold a travaillé sans relâche pour compiler une base de données préliminaire, appelé ContaBase, de 62 contaminants connus. « Les contaminants étaient un problème connu mais sous-estimé car de nombreux cas n'ont pas été détectés, " a déclaré Arold. Même dans les cas où des contaminants sont finalement identifiés, ces informations restent souvent inédites car l'expérience a été considérée comme un échec. Souvent, les chercheurs signalent des problèmes de contamination dans des forums en ligne plutôt que dans des publications évaluées par des pairs. "À cause de ce, personne n'avait une bonne idée du nombre et des contaminants susceptibles de se produire et de se cristalliser, " il a continué.

ContaMiner change cela. Maintenant, les chercheurs peuvent soumettre leurs données de diffraction des rayons X au programme, qui le compare à une base de données actualisable de contaminants connus. « Si un contaminant est présent, ContaMiner peut généralement le détecter en seulement 5-15 minutes, " dit Arold.

Plusieurs centaines de chercheurs ont utilisé le programme depuis sa première description fin 2016 dans le Journal of Applied Crystallography. De nombreux membres de la communauté de la cristallographie ont aidé à mettre à jour ContaBase pour inclure désormais 71 contaminants. "C'est un effort communautaire continu, " a déclaré Arold. ContaMiner a également été sélectionné pour être inclus dans un serveur en ligne, appelé CCP4, qui est une collection très sélective de logiciels liés à la biologie structurale et est la ressource la plus largement utilisée dans le monde, expliqua Arold.

Tout en ayant un impact international, Arold et son équipe jouent également un rôle essentiel dans la communauté scientifique locale grâce à leurs compétences uniques. L'équipe KAUST combine une expertise en biologie moléculaire, biochimie, biophysique, bioinformatique et calcul pour étudier les structures et la fonction des protéines. C'est le seul groupe impliqué dans la biologie structurale dans le royaume et, sous la supervision du biologiste structural Stefan Arold, il met également en place d'importantes collaborations locales.

Actuellement, ils collaborent avec des chercheurs de l'hôpital spécialisé et du centre de recherche King Fahd pour identifier les mutations génétiques qui causent des maladies dans la population saoudienne. Arold utilise son expertise, avec la modélisation informatique, pour comprendre pourquoi des mutations spécifiques provoquent des dysfonctionnements des protéines. "Il est intriguant de voir combien de dommages peuvent être causés par une seule mutation", a-t-il déclaré. "Cela nous donne également un aperçu de la sophistication et de la complexité inimaginables de nos corps.

Arold et son équipe ont également récemment travaillé avec le scientifique des plantes KAUST Mark Tester et une équipe internationale diversifiée pour comprendre la base moléculaire de la production de composés toxiques, appelés saponines, dans certaines variétés de quinoa, mais pas toutes.

« La région a-t-elle besoin de plus de biologistes structurels ? » demanda Arold. « À mon avis, biaisé, bien sûr que oui. En particulier, experts en spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, qui est très complémentaire à la cristallographie aux rayons X. » Il préconise également que les biologistes prennent davantage conscience de l'importance de la biologie structurale pour leurs recherches.

"Judicieusement, KAUST a beaucoup investi dans la biologie structurale; et l'imagerie biologique en général est clairement un domaine prioritaire. Nous avons des ressources exceptionnelles, tels que les spectromètres d'imagerie par résonance magnétique nucléaire de 700 et 950 mégahertz et le microscope électronique TITAN KRIOS.

Et bien que je sois actuellement le seul biologiste structural, Je ne serai peut-être pas seul plus longtemps, ", a déclaré Arold. Des négociations sont déjà en cours pour apporter plus de talents à l'institution.