На экране две аккуратно свёрнутые части белковой цепи почти соприкасаются. Их можно приблизить, развернуть, посмотреть на просвет. Кажется естественным сказать: у этого белка две части расположены рядом. Именно такую картинку Европейский институт биоинформатики предлагает разобрать на примере человеческого белка MDC1. Самое интересное в учебном примере находится справа от объёмной модели. По квадратной таблице видно, что для уверенного вывода о соседстве оснований мало.
Парадокс здесь скорее издательский, чем биологический. Чтобы вывести молекулу на экран, компьютеру приходится нарисовать каждую её часть в каком-то определённом месте. На дисплее невозможно поместить кусок цепи «приблизительно где-нибудь слева или, возможно, справа», не введя для этого особый условный знак. Модель AlphaFold2 выдаёт координаты. Вместе с ними она выдаёт оценки того, насколько этим координатам можно доверять. При копировании красивого рисунка в статью или презентацию вторую часть ответа легко потерять.
Цвет отвечает за ближайших соседей
Белок состоит из последовательности аминокислотных остатков. Цепь может образовывать относительно самостоятельные компактные части, которые биологи называют доменами. В базе AlphaFold модель удобно рассматривать как ленту, уложенную в пространстве. Цвет этой ленты в стандартном режиме просмотра сообщает о локальной уверенности модели. Для каждого остатка рассчитывается показатель pLDDT по шкале от нуля до ста. Тёмно-синий цвет означает особенно высокую уверенность в местной геометрии. Жёлтые и оранжевые участки требуют большей осторожности. Объяснение шкалы даёт сама база AlphaFold.
Уточнение «местной» легко пропустить. Допустим, один домен совершенно правильно свёрнут, но на картинке целиком повёрнут относительно другого. Ближайшие соседи внутри первого домена при таком повороте остались на месте друг относительно друга. Внутри второго тоже ничего не произошло. Изменились расстояния между двумя частями молекулы. Поэтому два тёмно-синих участка вполне могут оказаться на одном рисунке, хотя взаимное расположение этих участков модель определила с большой неопределённостью.
Хорошая бытовая аналогия здесь получается из двух обломков глиняного сосуда. На каждом можно уверенно восстановить изгиб поверхности по соседним точкам. Но если линия стыка утрачена, из двух верно описанных изгибов ещё не следует, под каким углом обломки составляли целое. Для белковой цепи у исследователя есть дополнительная информация: известен порядок её звеньев. Тем не менее и здесь правдоподобный вид каждой отдельной части не решает автоматически вопроса о целом.
Что показывает квадрат рядом с молекулой
Для второго вопроса предусмотрена отдельная величина, PAE, предсказанная ошибка после совмещения. На обеих осях таблицы отложены позиции вдоль одной и той же аминокислотной последовательности. Ячейка отвечает на условный вопрос: если совместить предсказанную и действительную структуры по одному выбранному остатку, насколько, по оценке модели, можно ошибиться с положением другого? Ошибку выражают в ангстремах. Это единица длины. Таким образом, таблица показывает ожидаемую ошибку в положении, а расстояние между самими остатками на ней прочитать нельзя.
Представим таблицу для белка с двумя крупными доменами. Возле диагонали могут оказаться два тёмных квадрата. В принятой в учебном примере зелёной гамме тёмный цвет соответствует малой ожидаемой ошибке. Один квадрат относится к парам остатков внутри первой части, другой охватывает пары внутри второй. А что находится в прямоугольниках по сторонам от диагонали? Там сравниваются уже остатки из разных доменов. Светлые участки за пределами тёмных квадратов меняют смысл всей объёмной картинки, даже если сама она при этом остаётся прежней.
Можно вернуться к разбору MDC1 в учебном курсе EMBL-EBI. Два домена кажутся близкими на экране, но таблица не позволяет полагаться на показанную взаимную ориентацию. Было бы столь же поспешно решить, будто в живой клетке эти части обязательно далеко друг от друга. Плохая определённость относительного положения оставляет вопрос открытым в обе стороны. Это утверждение о пределе конкретного расчёта.
Какая подпись нужна изображению
Для читателя научной новости есть разница между фразами «программа предсказала форму домена» и «учёные установили, что два домена соприкасаются». Первое утверждение можно обсудить с опорой на локальную уверенность и на карту ошибок внутри домена. Второе требует оснований для вывода о взаимном положении, а глагол «установили» заставляет искать независимое подтверждение. Сам по себе высокий балл остаётся оценкой, которую дала вычислительная система. Из него не получится экспериментального измерения, сколько бы знаков после запятой ни вывели на экран.
Если места хватает только на одно изображение, особенно важной становится подпись. Название белка и указание на вычислительное происхождение модели позволяют понять, что именно зритель рассматривает. Объяснение цвета даёт возможность увидеть, какие участки заслуживают внимания. А когда автор хочет показать предполагаемый контакт двух частей, имеет смысл поместить рядом соответствующий фрагмент карты PAE. Тогда читатель сможет проверить, поддерживает ли модель тот вывод, ради которого её изображение вообще появилось на странице. В случае с MDC1 самый содержательный результат такого чтения прост: уверенно нарисованные детали всё ещё оставляют свободу поворота между ними в нашей реконструкции.
Учебная модель молекулы. Тематическая фотография. Фото: Terry Vlisidis / Unsplash.