Latest News Archive

Please select Category, Year, and then Month to display items
Previous Archive
31 August 2021 | Story Leonie Bolleurs | Photo Supplied
UFS scientists involved in revolutionary protein structure prediction
Left: Dr Ana Ebrecht, a former postdoctoral student of the UFS, was part of the team that validated the data for the Science paper. Right: Prof Dirk Opperman was involved in a revolutionary finding in biology, which predicts the structure of a protein. His work in collaboration with other scientists has been published in Science.

Prof Dirk Opperman, Associate Professor in the Department of Microbiology and Biochemistry at the University of the Free State (UFS), in collaboration with Dr Ana Ebrecht (a former postdoc in the same department) and Prof Albie van Dijk from the Department of Biochemistry at the North-West University (NWU), was part of an international collaboration of researchers who participated in solving an intricate problem in science – accurate protein structure prediction.

The team of researchers recently contributed to an influential paper describing new methods in protein structure prediction using machine learning. The paper was published in the prestigious scientific journal, Science.

“These new prediction methods can be a game changer,” believes Prof Opperman.

“As some proteins simply do not crystalise, this could be the closest we get to a three-dimensional view of the protein. Accurate enough prediction of proteins, each with its own unique three-dimensional shape, can also be used in molecular replacement (MR) instead of laborious techniques such as incorporating heavy metals into the protein structure or replacing sulphur atoms with selenium,” he says.

Having insight into the three-dimensional structure of a protein has the potential to enable more advanced drug discovery, and subsequently, managing diseases.

Exploring several avenues …

According to Prof Opperman, protein structure prediction has been available for many years in the form of traditional homological modelling; however, there was a big possibility of erroneous prediction, especially if no closely related protein structures are known.

Besides limited complementary techniques such as nuclear magnetic resonance (NMR) and electron microscopy (Cryo-EM), he explains that the only way around this is to experimentally determine the structure of the protein through crystallisation and X-ray diffraction. “But it is a quite laborious and long technique,” he says.

Prof Opperman adds that with X-ray diffraction, one also has to deal with what is known in X-ray crystallography as the ‘phase problem’ – solving the protein structure even after you have crystallised the protein and obtained good X-ray diffraction data, as some information is lost.

He states that the phase problem can be overcome if another similar-looking protein has already been determined.

This indeed proved to be a major stumbling block in the determination of bovine glycine N-acyltransferase (GLYAT), a protein crystallised in Prof Opperman’s research group by Dr Ebrecht, currently a postdoc in Prof Van Dijk’s group at the NWU, as no close structural homologous proteins were available.

“The collaboration with Prof Opperman’s research group has allowed us to continue with this research that has been on hold for almost 16 years,” says Prof Van Dijk, who believes the UFS has the resources and facilities for structural research that not many universities in Africa can account for.

The research was conducted under the Synchrotron Techniques for African Research and Technology (START) initiative, funded by the Global Challenges Research Fund (GCRF). After a year and multiple data collections at a specialised facility, Diamond Light Source (synchrotron) in the United Kingdom, the team was still unable to solve the structure.

Dr Carmien Tolmie, a colleague from the UFS Department of Microbiology and Biochemistry, also organised a Collaborative Computational Project Number 4 (CCP4) workshop, attended by several well-known experts in the field. Still, the experts who usually participate in helping students and researchers in structural biology to solve the most complex cases, were stumped by this problem.

Working with artificial intelligence

“We ultimately decided to turn to a technique called sulphur single-wavelength anomalous dispersion (S-SAD), only available at specialised beam-lines at synchrotrons, to solve the phase problem, says Prof Opperman.

Meanwhile, Prof Randy Read from the University of Cambridge, who lectured at the workshop hosted by Dr Tolmie, was aware of the difficulties in solving the GLYAT structure. He also knew of the Baker Lab at the University of Washington, which is working on a new way to predict protein structures; they developed RoseTTAaFold to predict the folding of proteins by only using the amino acid sequence as starting point.

RoseTTAaFold, inspired by AlphaFold 2, the programme of DeepMind (a company that develops general-purpose artificial intelligence (AGI) technology), uses deep learning artificial intelligence (AI) to generate the ‘most-likely’ model. “This turned out to be a win-win situation, as they could accurately enough predict the protein structure for the UFS, and the UFS in turn could validate their predictions,” explains Prof Opperman.

A few days after the predictions from the Baker Lab, the S-SAD experiments at Diamond Light Source confirmed the solution to the problem when they came up with the same answer.

Stunning results in a short time

“Although Baker’s group based their development on the DeepMind programme, the way the software works is not completely the same,” says Dr Ebrecht. “In fact, AlphaFold 2 has a slightly better prediction accuracy. Both, however, came with stunningly good results in an incredibly short time (a few minutes to a few hours),” she says.

Both codes are now freely available, which will accelerate improvements in the field even more. Any researcher can now use that code to develop new software. In addition, RoseTTAFold is offered on a platform accessible to any researcher, even if they lack knowledge in coding and AI.

News Archive

Volksblad: Moshoeshoe Memorial Lecture
2006-05-27

27 Mei 2006

Moshoeshoe het mense saamgebind
KONING MOSHOESHOE kon bewys dat verskeidenheid ’n bindende eienskap kan wees. Dit blyk ’n sleutelbeginsel van sy leierskap te wees – en dit is nie ’n maklike een om te begryp nie.

Jy bereik die grootste eenheid tussen onderskeidende entiteite waar jy relatief vrye ruimte aan hulle gee om hul eiesoortige kenmerke na vore te bring.

Dít blyk uit prof. Njabulo Ndebele se gedenklesing oor koning Moshoeshoe.
Lesotho; het; onder Moshoeshoe se leierskap mense van verskeie dele van die subkontinent gelok.
Dié mense het hierheen gevlug van die verwoesting wat as lifaqane bekend geword het toe Shaka sy koninkryk met militêre onderwerping verstewig het.

Ndebele het gesê daar is algemene ooreenkoms dat die oorloë wat hieruit gespruit het, die maatskaplike grondslae van talle samelewings in Suider-Afrika geskud het.

“Dit was in dié konteks dat Moshoeshoe leierskap getoon het.”
Prof. Frederick Fourie, rektor en visekanselier van die Universiteit van die Vrystaat (UV), het gesê die lesing vorm deel van ’n groter debat oor leierskapmodelle, veral die konsep van Afrika-leierskap, en die voortgesette diskoers oor nasiebou en versoening.

Die Moshoeshoe-projek is in 2004 aan die UV begin om met Suid-Afrika se eerste dekade van demokrasie saam te val.
Die projek was deel van die UV se eeufeesvieringe in 2004.
Met dié projek word geprobeer om ’n groot Afrika-leier te vereer en die UV se verbintenis tot transformasie te toon sodat ’n ware inklusiewe en nie-rassige universiteit geskep kan word.

“As die stigter van die Basoeto-nasie, word daar wyd erkenning aan koning Moshoeshoe vir sy buitengewone leierskapstyl gegee.

“Diplomasie, versoening en vreedsame naasbestaan is van die kenmerke van sy leierskap, soos getoon in sy pogings om verskillende groepe in een nasie te verenig,” sê Fourie.

KONING MOSHOESHOE, een van Afrika se eertydse groot leiers. Hy is meer as 130 jaar gelede dood. Foto: verskaf

Waarde van openbare spraak ‘nou bedreig’
AANDUIDINGS bestaan dat die waarde van openbare spraak wat hoog deur koning Moshoeshoe van Lesotho op prys gestel is, nou onder ernstige bedreiging kan wees.

Om dié rede dra hy die koning Moshoeshoe-gedenklesing op aan al dié mense in Suid-Afrika en elders wat die moed het om hul oorwoë mening uit te druk oor belangrike sake wat die samelewing in die gesig staar, het prof. Njabulo Ndebele, visekanselier van die Universiteit van Kaapstad, gesê.

Ndebele, wêreldbekende skrywer, het gesê dié lesing kom op ’n kritieke punt in Suid-Afrika se nuwe demokrasie.
Dié lesing, om die buitengewone nalatenskap van een van Afrika se groot leiers te eer, is eergisteraand op die kampus van die Universiteit van die Vrystaat (UV) gelewer en het ’n staande toejuiging deur ’n groot gehoor uitgelok.

Ndebele het gesê die mense wat hul menings uitdruk oor belangrike sake, kan rubriekskrywers, redakteurs, kommentators, alle soorte kunstenaars, akademici, koerantbriefskrywers, nie-gewelddadige optoggangers met plakkate en strokiesprentkunstenaars wees “wat ’n spieël voor ons oë sit”.

“Selfs wanneer hulle dit waag op heilige gebied, soos sommige strokiesprentkunstenaars onlangs gedoen het, herinner hulle ons net dat selfs die heilige misbruik kan word vir doeleindes wat min met heiligheid te doen het.

“Dit is hul manier om ons te help, dalk meer diepsinnig as wat ons besef, om daardie einste ruimte van heiligheid in ons lewe te bewaar.

“Hulle verdiep ons insigte deur ons begrip te verdiep.
“Dit is gepas om hul dapperheid te vier,” het Ndebele gesê.
“Hulle herinner ons dat leierskap nie al is wat ons doen wanneer ons in ’n sekere magsposisie geplaas is om ’n organisasie of ’n sekere instelling te stuur nie.”

Hy het gesê onder die mense wat gevier moet word, sluit hy nie dié in wat deur haatspraak ander aanhits om geweld te pleeg; teen; mense; wat hul andersdenkende menings lug nie.

“Dit is nie met dapperheid dat hulle aanhits nie, maar weens hul toevlug tot die narkotiese beskerming van die skare.”

Mense voel glo ál kwesbaarder
Vise-kanselier lewer Moshoeshoe-gedenklesing
’n TOENEMENDE aantal hoogs intelligente, sensitiewe en toegewyde Suid-Afrikaners oor die klas-, ras- en kulturele spektrum heen bely dat hulle – soos nog nooit tevore nie – onseker en kwesbaar voel sedert 1994.

Só het prof. Njabulo Ndebele, vise-kanselier van die Universiteit van Kaapstad, gesê in die Universiteit van die Vrystaat (UV) se eerste koning Moshoeshoe-gedenklesing.

Die onderwerp was Reflections on the leadership challenges in South Africa.
Wanneer ontembare optimiste beken hulle voel dinge is van stryk, versprei die naarheid van angs. “Dit moet iets te doen hê met ’n ophoping van gebeure wat die gevoel van dreigende inploffing oordra.”

’n Gevoel heers dat Suid-Afrika ’n baie komplekse samelewing het wat liewer eenvoudige, gesentraliseerde beheer voortbring in die hoop dat dienslewering dan beter en vinniger gedryf kan word. Die kompleksiteit van beheer word dan in ’n enkele struktuur van gesag gevestig, eerder as in die afgewentelde strukture soos wat in die Grondwet beoog word.

Dat die afgewentelde strukture nie hul grondwetlik-gedefinieerde rolle verwerklik nie, moenie toegeskryf word aan die mislukking van die beheermeganisme nie.

“Dit is te vroeg om te sê dat wat ons sedert 1994 bereik het, nie gewerk het nie,” het Ndebele gesê.
Dit lyk of ’n kombinasie van omstandighede tot die “gevoel van ontknoping” lei.
“Ek wil dit vermy om te sê: ‘Kyk na Khutsong’, asof u sal verstaan wat ek bedoel wanneer ek sê u moet na Khutsong kyk.”
Sulke kennis lei tot wanhoop, want dit roep ’n werklikheid op wat só oorweldigend is dat dit fatalisties kan wees.
Ndebele het gesê niks kon meer vreesaanjaend wees as toe ’n komplot van die Boeremag oopgevlek en sekere Boeremaglede aangekeer is nie.

Sekere Boeremaglede het van ’n maksimum-sekuriteit-tronk ontsnap. “Sover ek weet, is hulle nie weer gevang nie.
“Wat is gedoen om die gaping te oorbrug?” was een van sy vrae hieroor.
“Van só ’n belangrike saak weet die publiek nie baie nie. Die karige kommunikasie kan die gevaarlike boodskap uitdra dat óf niks gedoen word nie, óf die staat in dié saak misluk.”

Hy het gevra: “Hoekom het die kwessie van munisipale afbakening tot die situasie in Khutsong gelei? Dit lyk of die probleem voortgaan, sonder ’n oplossing in sig.”

’n Aantal soortgelyke, oënskynlik plaaslike rebellies het oor die land heen plaasgevind. “Is hier ’n patroon?”
Ndebele het na die onlangse verhoor van oud-adj.pres. Jacob Zuma, wat van verkragting aangekla was, verwys.
Dié drama blyk ver van oor te wees. Dit beloof “om ons almal sonder verligting te hou, in ’n toestand van angs”.
Die gemene draad van dié gebeure is die gevoel van ’n oneindige spiraal van probleme wat vertroue tap. Daar kan ’n sterk suggestie in al dié gebeure wees “dat ons dalk nooit sosiale samehang in Suid-Afrika gehad het nie...”

“Wat ons sekerlik oor dekades gehad het, is ’n mobiliserende visie. Kan dit wees dat die mobiliserende visie onder die gewig van die werklikheid en omvang van maatskaplike heropbouing kraak en dat die legitieme raamwerk om oor dié probleme te debatteer ineenstort?”

‘Swart mense staar hulself in die gesig’
DIE swart meerderheid staar homself nou in die gesig: dalk werklik vir die eerste keer sedert 1994.
Só het prof. Njabulo Ndebele gesê toe hy die koning Moshoeshoe-gedenklesing by die Universiteit van die Vrystaat in Bloemfontein gelewer het.

Hy het gesê dit lyk of Suid-Afrika ’n meganisme nodig het om selfvertroue te bou.
Deur dié meganisme “kan ons die situasie waarin ons is, erken, wat dit ook al is”.
“Ons het ’n meganisme nodig wat die verskillende posisies van die mededingers sal bevestig en hul eerlikheid sal bekragtig op ’n manier wat die publiek vertroue sal gee dat werklike oplossings moontlik is.”

Dit is dié soort “openheid wat nooit maklik kom nie”, wat lei tot deurbraak-oplossings.
Ndebele het gesê ’n komplekse demokrasie soos Suid-Afrika s’n kan nie oorleef met ’n enkele gesag nie.
Net veelvuldige owerhede binne ’n grondwetlike raamwerk “het ’n ware kans”.
“Kan ’n deel van die probleem wees dat ons nie in staat is om die idee van ‘opposisie’ te hanteer nie?
“Ons is verskrik dat enige van ons ‘die opposisie’ kan word.
“Dit is tyd dat ons die koms voorsien van ’n oomblik wanneer daar nie meer ’n enkele, oorweldigende, dominante politieke mag is soos wat nou die geval is nie.”

Ndebele het gesê: “Ek glo ons het dalk ’n oomblik bereik wat nie fundamenteel verskillend is nie van die ontnugterende, tóg hartversterkende nasiebourealiteite wat gelei het tot Kemptonpark in die vroeë jare negentig.”

“Die verskil tussen toe en nou is dat die swart meerderheid nie nou na wit landgenote oor die onderhandelingstafel kyk nie.

“Die swart meerderheid staar homself in die gesig: dalk werklik vir die eerste keer sedert 1994.”
Dit is weer “tyd vir visie”, het Ndebele gesê.

We use cookies to make interactions with our websites and services easy and meaningful. To better understand how they are used, read more about the UFS cookie policy. By continuing to use this site you are giving us your consent to do this.

Accept