Аннотация результатов, полученных в 2018 году
За первый год работы над проектом в базу данных углеводных структур CSDB (http://csdb.glycoscience.ru/) внесено около 500 структур углеводов бактерий (включая ~320 спектров ЯМР), около 480 структур углеводов грибов (включая ~330 спектров ЯМР) и около 360 структур углеводов растений (включая ~120 спектров ЯМР). Текущее покрытие базы позволяет считать её полной по бактериям до 2017 года включительно и по грибам до 2010 года включительно; также достигнуто полное покрытие до 2017 года включительно по наиболее изученному модельному растительному объекту Arabidopsis thaliana, что позволило связать активность гликозилтрансфераз данного организма из модуля CSDB_GT (http://csdb.glycoscience.ru/gt.html) со структурами в базе CSDB и обеспечить его геномно-гликомную характеристику. Полнота покрытия является одним из главных научных преимуществ базы CSDB, поскольку позволяет пользователям оценить новизну исследуемых объектов. Благодаря поддержке РНФ неизбежный временной лаг между покрытием курируемой базы и текущей датой сокращён до одного года для бактериальных структур. Также в рамках проекта проведён предварительный отбор рефератов и оценка работ по размещению информации по углеводам животных, опубликованных после 1996 года. В качестве модельного исследования в CSDB добавлено около 900 записей по гликанам одноклеточных животных, что составляет около 50% всех опубликованных данных по этой таксономической группе. За первый год проекта проведена реорганизация труда аннотаторов, которая позволила достичь более высоких показателей качества и производительности аннотирования. Была разработана и документирована чёткая последовательность действий для процесса аннотирования и для автоматической и ручной проверки качества работы, расширена и детализирована справочная система CSDB, выработаны рекомендации по трактовке спорных типов данных в научных публикациях. В результате переоценки главных проблем современной гликоинформатики сформулированы возможные их решения, которые опубликованы в виде эссе "Glycoinformatics: bridging isolated islands in the sea of data" в журнале Angewandte Chemie International Edition. Используемый платформой CSDB язык CSDB Linear дополнен синтаксисом для комбинирования повторяющихся (полимерных) и неповторяющихся частей в пределах одной структуры и описания неподдерживаемых остатков или агликонов с помощью кодировки SMILES. Начата работа по внесению SMILES-кодов агликонов в существующие записи CSDB (к настоящему моменту обработано около 200 таких записей). Поддержка сочетания частей с разной степенью полимеризации в пределах одной записи позволяет значительно расширить возможности импорта структур из других баз данных. Проведена установка и настройка высокопроизводительного вычислительного сервера, приобретённого на средства гранта. Завершено тестирование новых функций модуля работы с гликозилтрансферазами, модуля предсказания спектров ЯМР, транслятора структур в нотации GlycoCT, SMILES и MOL. Продолжается тестирование и оптимизация модуля предсказания структур по спектрам ЯМР и графического редактора SugarSketcher. База данных гликозилтрансфераз в составе CSDB (CSDB_GT) дополнена активностями наиболее изученного вида бактерий Escherichia coli. Добавлено около 800 записей, из них около 550 предсказанных, что соответствует полному покрытию для данного организма до 2017 г. включительно. Предсказанные активности взяты из научной литературы и собственных биоинформатических изысканий коллектива. На основании сравнительного анализа методов предсказания конформации гликозидных мостиков и подвижных связей в биогликанах выбраны методы, их параметры и программное обеспечение для геометрических расчётов и их проверки через межатомные расстояния, усреднённые по Больцману для предсказанных конформеров, и торсионные углы при гликозидных связях. Сравниваемые наблюдаемые величины включают количественные величины ядерных эффектов Оверхаузера и трансгликозидных гетероядерных констант спин-спинового взаимодействия. Выработаны схемы получения ансамблей конформаций и их энергий, проверены способы учёта растворителя. В качестве методов для детальной проверки молекулярно-динамических расчётов с неявным учётом растворителя выбраны MM3-2000, MMFF94, CHARMM36, GAFF, GLYCAM, с явным учётом растворителя - GLYCAM и CHARMM, а также квантово-механическое конформационное сканирование с использованием теории функционала плотности на уровне теории B3LYP в больших базисных наборах. Полуавтоматическое установление первичной структуры на основании данных ЯМР, хроматографии и других экспериментов с привлечением инструментов CSDB успешно применено в структурных исследованиях О-специфических полисахаридов различных микробных штаммов (организмов Vibrio cholerae, Yersinia rhodei, Pseudomonas psychrotolerans, Azospirillum brasilense). Анализ неточностей в структурных предсказаниях способствовал выявлению и устранению пробелов в данных, используемых модулем ЯМР-моделирования. В рамках работ по интеграции CSDB с глобальным репозиторием углеводных структур Glytoucan, задачей которого является обеспечение каждой углеводной структуры уникальным идентификационным номером, подготовлена обновлённая RDF-выдача, содержащая все данные, присутствующие в CSDB на конец 2018 года, и одобренная Консорциумом по гликоинформатике. В настоящее время идёт процесс замены устаревших данных в Glytoucan новыми данными из CSDB. Кроме того, в CSDB добавлена возможность автоматически получать идентификаторы Glytoucan при выводе любой структуры из CSDB, которая присутствует в Glytoucan, что способствует популяризации универсального идентификатора углеводных структур. Результаты работ по проекту за первый год опубликованы в четырёх статьях в журналах первого и второго квартиля (суммарный импакт-фактор 20.2), ещё три статьи находятся на рецензии в редакциях журналов (суммарный импакт-фактор 9.1). Результаты также представлены в виде одного пленарного и пяти устных докладов на международных («Integration of life science web resources and databases around glycomics data» и «Glycohackathon 2018», Токио, Япония; «8th Baltic Meeting on Microbial Carbohydrates», Дублин, Ирландия) и российских (4-я Всероссийская конференция «Фундаментальная гликобиология», Киров, Россия) конференциях, и в виде постеров («Chemtrends-2018», Москва, Россия).

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
За второй год работы над проектом в базу данных углеводных структур CSDB (http://csdb.glycoscience.ru/) внесено около 600 структур углеводов бактерий (включая более 300 спектров ЯМР), около 1150 структур углеводов грибов (включая более 700 спектров ЯМР) и около 100 структур углеводов растений. Существующие записи приведены в соответствие с новыми возможностями усовершенствованной в этом году углеводной нотации CSDB Linear, в том числе агликоны и атипичные компоненты структуры снабжены однозначным описанием на атомарном уровне. Текущее покрытие базы позволяет считать её полной по прокариотам до 2018 года включительно и по близкой к полноте по грибам до 2017 года включительно. Полнота покрытия является одним из главных научных преимуществ базы CSDB перед другими мировыми проектами гликоинформатики, поскольку позволяет пользователям оценить новизну исследуемых объектов. Благодаря поддержке РНФ неизбежный временной лаг между покрытием курируемой базы и текущей датой сокращён до одного года для бактериальных структур. Собраны и подготовлены к добавлению в базу данных гликозилтрансфераз (CSDB_GT) более 300 подтверждённых ферментативных активностей наиболее изученного представителя домена грибов - Saccharomyces cerevisiae. Это соответствует полному покрытию для данного организма до 2018 г. включительно. Усовершенствована схема визуализации углеводов SNFG (Symbol Nomenclature for Glycans); завершены разработка и внедрение графического редактора углеводных структур Sugar Sketcher, как средства ввода первичной структуры гликанов неподготовленными пользователями. Трансляторы информации о биогликанах в популярные форматы глико- и хемоинформатики снабжены возможностью обработки слабо-определённых структур и автоматическими web-сервисами для связи с другими проектами. Углеводная нотация CSDB Linear дополнена принципиальными нововведениями, устранившими ею выявленные недостатки в сравнении с другими нотациями, и расширившими возможности корректного описания нестандартных структур и их импорта из других баз данных. Получены предварительные молекулярно-динамические траектории 850 дисахаридов, характерных для биогликанов. Завершены расчёты молекулярной динамики модельных дисахаридов в силовых полях MM3, OPLS-aa, MMFF, GLYCAM, Amber-S c явным и неявным учётом растворителя при различных температурах. Полученные конформационные ансамбли гликозидных мостиков в дисахаридах кластеризованы и уточнены квантово-механическими методами. Предсказана динамика протон-протонных расстояний и равновесные Ядерные эффекты Оверхаузера (NOE). Методы конформационного анализа углеводов ранжированы по производительности, совместимости с природными структурами и по отклонению предсказанных NOE от экспериментальных. Полуавтоматическое установление первичной структуры на основании данных ЯМР, хроматографии и других экспериментов с привлечением инструментов CSDB успешно применено в структурных исследованиях бактериальных полисахаридов, обеспечивающих иммуноспецифичность конкретных штаммов Lactobacillus rhamnosus, Cutibacterium acnes, Yersinia kristensenii, Vibrio cholerae, Pantoea agglomerans, а также гетерогенного растительного полисахарида из Punica granatum. Предсказательная сила ЯМР-спектроскопических модулей CSDB была подтверждена независимыми методами и использована для выяснения структурных особенностей, плохо поддающихся классическому анализу. Результаты работ по проекту за второй год опубликованы в девяти статьях в журналах первого и второго квартиля (суммарный импакт-фактор 26.8), ещё три статьи находятся на рецензии в редакциях журналов (суммарный импакт-фактор 11.1). Результаты также представлены в 2019-м году в виде приглашённых докладов и лекций на двух российских и одном международном симпозиуме, постеров на двух международных симпозиумах и докторской диссертации «Информационные технологии в структурной гликохимии и гликобиологии».

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
За третий год проекта в базу данных углеводных структур Carbohydrate Structure Database (CSDB, http://csdb.glycoscience.ru) внесено около 800 структур углеводов бактерий (включая ~250 спектров ЯМР), около 1650 структур углеводов грибов (включая ~920 спектров ЯМР). Текущее покрытие базы позволяет считать её полной по прокариотам и грибам до 2019 года включительно. Полнота покрытия является одним из главных научных преимуществ базы CSDB перед другими мировыми проектами гликоинформатики, поскольку позволяет пользователям оценить новизну исследуемых объектов. Качество данных в CSDB обеспечивается ручным аннотированием и верификацией записей, что также выделяет CSDB на фоне конкурентов. Благодаря поддержке РНФ неизбежный временной лаг между покрытием курируемой базы и текущей датой сокращён до одного года для бактериальных и грибных структур. База данных гликозилтрансфераз (CSDB_GT) дополнена более 300 записей об экспериментально подтверждённых ферментативных активностях, в основном Saccharomyces cerevisiae. Покрытие доведено до полного для наиболее изученных представителей своих таксономических царств – бактерии E. coli, гриба S. cerevisiae, растения A. thaliana. Создана и снабжена веб-интерфейсом база конформационных данных гликозидных связей в сахаридах. В неё вошли молекулярно-динамические траектории, положения минимумов, двумерные и трёхмерные карты Рамачандрана и мета-данные 1326 дисахаридов. На основании анализа предсказательной силы различных подходов к расчётам молекулярной геометрии и симуляции Ядерных эффектов Оверхаузера углеводов выбраны наиболее подходящий метод и наборы параметров для дальнейшего заполнения базы. По совокупности точности, быстродействия и совместимости со структурными особенностями природных углеводов это оказалась 100-наносекундная молекулярная динамика в поле MM3-2000 при 300K с явным растворителем. Объекты расчёта отобраны в соответствии со встречаемостью в природных углеводах, и автоматически получаемые на вычислительном сервере конформационные данные непрерывно пополняют конформационную часть CSDB. Полуавтоматическое установление первичной структуры на основании данных ЯМР, хроматографии и других экспериментов с привлечением инструментов CSDB успешно применено в структурных исследованиях бактериальных полисахаридов, обеспечивающих иммуноспецифичность конкретных штаммов Pantoea agglomerans и Escherichia coli. Предсказательная сила ЯМР-спектроскопических модулей CSDB была подтверждена независимыми методами и использована для выяснения структурных особенностей, плохо поддающихся классическому анализу. Результаты работ по проекту за третий год опубликованы в восьми статьях, в основном, в журналах первого квартиля (суммарный импакт-фактор - 32).