Революционни изследвания: сега контролираме ензимите със светлина!

Революционни изследвания: сега контролираме ензимите със светлина!

Учен от Университет в Регенсбург публикуваха новаторско проучване за прецизния пространствено-времеви контрол на биохимичните трансформации. Това изследване осветява ролята на ензимите като биокатализатори, които ускоряват клетъчните реакции и превръщат субстратите в продукти.

Ензимите, които се състоят от аминокиселини, показват структурно-зависима функционалност, която се определя от съответната последователност от аминокиселини. Активният център на ензима е особено важен, тъй като позволява както свързване на субстрата, така и катализа. Интересното е, че субстратите могат да съществуват в две енантиомерни форми, като ензимите обикновено проявяват енантиоселективност.

Иновативна модификация чрез протеиново инженерство

Централна точка на изследването е, че ензимите са подходящи за индустриални и медицински приложения, но често изискват целеви модификации. Тук влиза в действие протеиновото инженерство, което позволява обмяната на аминокиселини за оптимизиране на ензимната активност. Най-новите техники в тази област позволяват използването на неестествени аминокиселини (UAS) в клетките. Тези фоточувствителни UAS могат да бъдат стратегически включени в активните места на ензимите, за да контролират тяхната активност.

Изследването специално изследва ензима фосфотриестераза (PTE), който е способен да превръща токсичните субстрати в нетоксични продукти. Чрез UV облъчване на ензим, модифициран с фоточувствителна аминокиселина, енантиоселективността може да бъде променена, което прави възможно свързването и превръщането на различен енантиомер.

Последни резултати от изследвания и техните ефекти

Резултатите се основават на биоинформационен анализ на пространствената структура на PTE и съответните промени в активния център. Това изследване разкрива нови възможности за фармацевтично-химическата индустрия. Това проучване е проведено в тясно сътрудничество между проф. Райнхард Щернер, проф. Тил Рудак от университета в Регенсбург и проф. Франк Раушел от Тексаския университет A&M. Оригиналната публикация е публикувана в списанието JACS Au под заглавието „Фото-контролиране на енантиоселективността на фосфотриестераза чрез включване на реагираща на светлина неестествена аминокиселина“.

В същото време се развива екип от изследователи Изследователски център Юлих нови методи, базирани на съществуващи алгоритми за дълбоко обучение. Те са насочени към подобряване на прогнозирането в ензимното инженерство и ензимната функционална класификация. Групата поддържа проекта TopEC, подобрена рамка за функционална класификация на ензими, базирана на базата данни TopEnzyme.

Фокусът на това изследване е използването на 3D графични конволюционни невронни мрежи за прецизно прогнозиране на ефектите на заместване върху ензимната активност и стабилност. Прилагането на структурни и базирани на последователности характеристики в тези мрежи има за цел да повиши стабилността на протеините и да подобри ензимната функционална класификация.

Вълнуващата синергия между биохимичната теория и съвременните технологии не само обещава напредък в фундаменталните изследвания, но може също така да има широкообхватни последици за промишлените приложения в изследванията на ензими.