دراسات ثورية: الآن يمكنك التحكم في الإنزيمات بالضوء!

دراسات ثورية: الآن يمكنك التحكم في الإنزيمات بالضوء!

عالم ال جامعة ريغنسبورغ نشرت دراسة رائدة حول التحكم الدقيق الزماني المكاني للتحولات البيوكيميائية. يسلط هذا البحث الضوء على دور الإنزيمات كمحفزات حيوية تعمل على تسريع التفاعلات الخلوية وتحويل الركائز إلى منتجات.

تُظهر الإنزيمات التي تتكون من الأحماض الأمينية وظيفة تعتمد على البنية ويتم تحديدها من خلال تسلسل الأحماض الأمينية. يعد المركز النشط للإنزيم أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص، لأنه يتيح ربط الركيزة والتحفيز. ومن المثير للاهتمام أن الركائز يمكن أن توجد في شكلين متناظرين، حيث تظهر الإنزيمات عادة انتقائية تماثلية.

التعديل المبتكر من خلال هندسة البروتين

النقطة المحورية في الدراسة هي أن الإنزيمات مناسبة للتطبيقات الصناعية والطبية، ولكنها غالبًا ما تتطلب تعديلات مستهدفة. وهنا يأتي دور هندسة البروتين، مما يسمح بتبادل الأحماض الأمينية لتحسين نشاط الإنزيم. أحدث التقنيات في هذا المجال تسمح باستخدام الأحماض الأمينية غير الطبيعية (UAS) في الخلايا. يمكن دمج UAS الحساسة للصور بشكل استراتيجي في المواقع النشطة للإنزيمات للتحكم في نشاطها.

تبحث الدراسة على وجه التحديد في إنزيم الفوسفوتريستراز (PTE)، القادر على تحويل الركائز السامة إلى منتجات غير سامة. من خلال التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية لإنزيم تم تعديله باستخدام حمض أميني حساس للضوء، يمكن تغيير الانتقائية التماثلية، مما جعل من الممكن ربط وتحويل متماثل مختلف.

أحدث نتائج الأبحاث وآثارها

تعتمد النتائج على تحليل المعلومات الحيوية للبنية المكانية لـ PTE والتغييرات المقابلة في الموقع النشط. يفتح هذا البحث فرصًا جديدة لصناعة الأدوية والكيماويات. تم إجراء هذه الدراسة بالتعاون الوثيق بين البروفيسور راينهارد ستيرنر والبروفيسور تيل روداك من جامعة ريغنسبورغ والبروفيسور فرانك راوشيل من جامعة تكساس إيه آند إم. تم نشر المنشور الأصلي في مجلة JACS Au تحت عنوان "التحكم في الانتقائية الضوئية للفوسفوتريستراز عبر دمج حمض أميني غير طبيعي مستجيب للضوء".

وفي الوقت نفسه، يتطور فريق من الباحثين مركز أبحاث يوليش طرق جديدة تعتمد على خوارزميات التعلم العميق الموجودة. تهدف هذه إلى تحسين التنبؤ في هندسة الإنزيمات والتصنيف الوظيفي للإنزيمات. تحتفظ المجموعة بمشروع TopEC، وهو إطار تصنيف وظيفي محسّن للإنزيم يعتمد على قاعدة بيانات TopEnzyme.

يركز هذا البحث على استخدام الشبكات العصبية التلافيفية ذات الرسم البياني ثلاثي الأبعاد للتنبؤ بدقة بتأثيرات الاستبدال على نشاط الإنزيم واستقراره. يهدف تنفيذ الميزات الهيكلية والمبنية على التسلسل داخل هذه الشبكات إلى زيادة ثبات البروتينات وتحسين التصنيف الوظيفي للإنزيم.

إن التآزر المثير بين النظرية البيوكيميائية والتقنيات الحديثة لا يَعِد بإحراز تقدم في البحوث الأساسية فحسب، بل يمكن أن تكون له أيضًا آثار بعيدة المدى على التطبيقات الصناعية في أبحاث الإنزيمات.