Разработка десктопного приложения для проектирования пептидных молекул с заданным биологическими свойствами

1.

010101
000100
100100
101010
101010
100000
010101
010111
111010
101010
101111
111111
КАФЕДРА КИБЕРНЕТИКИ (№ 22)
100100
100101
010001
НАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ
010010
101010
010100
101010
010100
100000
010000
111001
001001
000010
100001
011111
111111
101010
101001
001011
111100
100010
001010
111110
000001
001011
010101
010101
010000
111100
011000
010010
101001
Кафедра №22 «Кибернетика»
НИЯУ МИФИ
0111
www.mephi.ru
www.kaf22.ru
01010100010010010010101010101010000001010101011111101010101010111111111110010010010101000101001010101001010010101001010010000001000010010101010101010111111111010000100101010111101
01010101010110101010101010011001101010101010000010010101001000100010010111111101011110101111101011111111010101010110101010100101010101011011010111111011010100110000100101010010111
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ИНСТИТУТ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ КИБЕРНЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Программная инженерия
Учебно-исследовательская работа на тему:
Разработка десктопного приложения для проектирования
пептидных молекул с заданным биологическими свойствами
Студент: Рыжиков А.Е.
Группа: Б22-534
Научный руководитель:
Москва, 2025
2019
Климов В.В

2.

3.

010101
000100
100100
101010
101010
100000
010101
010111
111010
101010
101111
111111
100100
100101
010001
010010
101010
010100
101010
010100
100000
010000
111001
001001
000010
100001
011111
111111
101010
101001
001011
111100
100010
001010
111110
000001
001011
010101
010101
010000
111100
011000
010010
101001
Кафедра №22 «Кибернетика»
НИЯУ МИФИ
0111
www.mephi.ru
www.kaf22.ru
01010100010010010010101010101010000001010101011111101010101010111111111110010010010101000101001010101001010010101001010010000001000010010101010101010111111111010000100101010111101
3
01010101010110101010101010011001101010101010000010010101001000100010010111111101011110101111101011111111010101010110101010100101010101011011010111111011010100110000100101010010111
Справка
Пептиды — органические соединения, которые состоят из двух
и более остатков аминокислот. Будем рассматривать 15-30
аминокислот в длину.
Белки — высокомолекулярные органические вещества,
состоящие из аминокислот. Будем рассматривать >500
аминокислот в длину.
Пример:
SDICIGYHANNSTEQVDTIMEKNVTVTHAQDILEKTHNG… - белок.
Каждая буква - аминокислота.
Любая подпоследовательность - пептид.

4.

5.

010101
000100
100100
101010
101010
100000
010101
010111
111010
101010
101111
111111
100100
100101
010001
010010
101010
010100
101010
010100
100000
010000
111001
001001
000010
100001
011111
111111
101010
101001
001011
111100
100010
001010
111110
000001
001011
010101
010101
010000
111100
011000
010010
101001
Кафедра №22 «Кибернетика»
НИЯУ МИФИ
0111
www.mephi.ru
www.kaf22.ru
01010100010010010010101010101010000001010101011111101010101010111111111110010010010101000101001010101001010010101001010010000001000010010101010101010111111111010000100101010111101
5
01010101010110101010101010011001101010101010000010010101001000100010010111111101011110101111101011111111010101010110101010100101010101011011010111111011010100110000100101010010111
Актуальность работы
• Пептиды обладают высокой специфичностью и широким
спектром биологической активности, что делает их
перспективными кандидатами для создания новых
лекарств. Однако ручной дизайн пептидов — трудоемкая
задача, требующая автоматизации.
• Существующие инструменты (например, Rosetta) не
всегда удобны для быстрого прототипирования пептидов
и не обладают полным функционалом, требуемым
заказчиком.

6.

010101
000100
100100
101010
101010
100000
010101
010111
111010
101010
101111
111111
100100
100101
010001
010010
101010
010100
101010
010100
100000
010000
111001
001001
000010
100001
011111
111111
101010
101001
001011
111100
100010
001010
111110
000001
001011
010101
010101
010000
111100
011000
010010
101001
Кафедра №22 «Кибернетика»
НИЯУ МИФИ
0111
www.mephi.ru
www.kaf22.ru
01010100010010010010101010101010000001010101011111101010101010111111111110010010010101000101001010101001010010101001010010000001000010010101010101010111111111010000100101010111101
6
01010101010110101010101010011001101010101010000010010101001000100010010111111101011110101111101011111111010101010110101010100101010101011011010111111011010100110000100101010010111
Цель УИР
Целью данной работы является разработка текстового
редактора с функционалом, позволяющим исследователю
проводить комплексный анализ аминокислотных цепочек и
проектировать пептиды для последующего лабораторного
синтеза.

7.

8.

9.

010101
000100
100100
101010
101010
100000
010101
010111
111010
101010
101111
111111
100100
100101
010001
010010
101010
010100
101010
010100
100000
010000
111001
001001
000010
100001
011111
111111
101010
101001
001011
111100
100010
001010
111110
000001
001011
010101
010101
010000
111100
011000
010010
101001
Кафедра №22 «Кибернетика»
НИЯУ МИФИ
0111
www.mephi.ru
www.kaf22.ru
01010100010010010010101010101010000001010101011111101010101010111111111110010010010101000101001010101001010010101001010010000001000010010101010101010111111111010000100101010111101
9
01010101010110101010101010011001101010101010000010010101001000100010010111111101011110101111101011111111010101010110101010100101010101011011010111111011010100110000100101010010111
Задачи УИР
• Разработка алгоритмов для упрощения работы с
большим объемом текстовых данных, упрощения
анализа и структурирования информации о белках.
• Разработка алгоритмов для предсказания пептидовкандидатов, а также предсказания и анализа их
биологических свойств.
• Создание приложения с интерфейсом,
предоставляющим доступ ко всем инструментам анализа
в удобном виде.
• Интеграция приложения для 3d-визуализации белков.
• Тестирование алгоритмов на результативность.

10.

11.

010101
000100
100100
101010
101010
100000
010101
010111
111010
101010
101111
111111
100100
100101
010001
010010
101010
010100
101010
010100
100000
010000
111001
001001
000010
100001
011111
111111
101010
101001
001011
111100
100010
001010
111110
000001
001011
010101
010101
010000
111100
011000
010010
101001
Кафедра №22 «Кибернетика»
НИЯУ МИФИ
0111
www.mephi.ru
www.kaf22.ru
01010100010010010010101010101010000001010101011111101010101010111111111110010010010101000101001010101001010010101001010010000001000010010101010101010111111111010000100101010111101
11
01010101010110101010101010011001101010101010000010010101001000100010010111111101011110101111101011111111010101010110101010100101010101011011010111111011010100110000100101010010111
Список требований к программной разработке
• Поддержка форматов, используемых в биоинформатике
(PDB, FASTA)
• Возможность сохранять и загружать рабочие сессии
• Поддержка 3d-визуализации
• Поддержка функций проектирования пептидов и
предсказания биологических свойств

12.

010101
000100
100100
101010
101010
100000
010101
010111
111010
101010
101111
111111
100100
100101
010001
010010
101010
010100
101010
010100
100000
010000
111001
001001
000010
100001
011111
111111
101010
101001
001011
111100
100010
001010
111110
000001
001011
010101
010101
010000
111100
011000
010010
101001
Кафедра №22 «Кибернетика»
НИЯУ МИФИ
0111
www.mephi.ru
www.kaf22.ru
01010100010010010010101010101010000001010101011111101010101010111111111110010010010101000101001010101001010010101001010010000001000010010101010101010111111111010000100101010111101
12
01010101010110101010101010011001101010101010000010010101001000100010010111111101011110101111101011111111010101010110101010100101010101011011010111111011010100110000100101010010111
Выбор инструментов для реализации
Приложение разрабатывалось на C#, в качестве IDE
использовалось Visual Studio, из-за встроенного инструмента
работы с графическим интерфейсом(WPF).
В качестве 3d-визуализатора выступило приложение VMD,
имеющее обширный список методов отображения и
консоль для скриптов.

13.

14.

15.

16.

010101
000100
100100
101010
101010
100000
010101
010111
111010
101010
101111
111111
100100
100101
010001
010010
101010
010100
101010
010100
100000
010000
111001
001001
000010
100001
011111
111111
101010
101001
001011
111100
100010
001010
111110
000001
001011
010101
010101
010000
111100
011000
010010
101001
Кафедра №22 «Кибернетика»
НИЯУ МИФИ
0111
www.mephi.ru
www.kaf22.ru
01010100010010010010101010101010000001010101011111101010101010111111111110010010010101000101001010101001010010101001010010000001000010010101010101010111111111010000100101010111101
16
01010101010110101010101010011001101010101010000010010101001000100010010111111101011110101111101011111111010101010110101010100101010101011011010111111011010100110000100101010010111
Заключение
В результате проделанной работы было разработано
приложение, включающее в себя инструменты для
комплексного анализа аминокислотных
последовательностей.
Некоторые из предсказанных пептидов были успешно
синтезированы в лаборатории и показали хорошую
иммуногенность.

17.

010101
000100
100100
101010
101010
100000
010101
010111
111010
101010
101111
111111
100100
100101
010001
010010
101010
010100
101010
010100
100000
010000
111001
001001
000010
100001
011111
111111
101010
101001
001011
111100
100010
001010
111110
000001
001011
010101
010101
010000
111100
011000
010010
101001
Кафедра №22 «Кибернетика»
НИЯУ МИФИ
0111
www.mephi.ru
www.kaf22.ru
01010100010010010010101010101010000001010101011111101010101010111111111110010010010101000101001010101001010010101001010010000001000010010101010101010111111111010000100101010111101
17
01010101010110101010101010011001101010101010000010010101001000100010010111111101011110101111101011111111010101010110101010100101010101011011010111111011010100110000100101010010111
Список литературы
1.
Я. Кольман, К.-Г. Рём. Наглядная биохимия. 2019.
2.
Х.-Д. Хёльтье, В. Зиппль, Д. Роньян, Г. Фолькерс.
Молекулярное моделирование: теория и практика. 2020.
3.
Троелсен Э., Джепикс Ф. C# 10 и .NET 6. Современная
кроссплатформенная разработка. 2022.
4.
Гущин П.В., Топунов А.А. Методы компьютерного
моделирования пептидов и белков. 2021.

18.

English Русский Rules