Επαναστατικές μελέτες: τώρα έλεγχος των ενζύμων με το φως!

Επαναστατικές μελέτες: τώρα έλεγχος των ενζύμων με το φως!

Επιστήμονας του Πανεπιστήμιο του Ρέγκενσμπουργκ έχουν δημοσιεύσει μια πρωτοποριακή μελέτη για τον ακριβή χωροχρονικό έλεγχο των βιοχημικών μετασχηματισμών. Αυτή η έρευνα φωτίζει τον ρόλο των ενζύμων ως βιοκαταλυτών που επιταχύνουν τις κυτταρικές αντιδράσεις και μετατρέπουν τα υποστρώματα σε προϊόντα.

Τα ένζυμα που αποτελούνται από αμινοξέα εμφανίζουν μια λειτουργικότητα που εξαρτάται από τη δομή που καθορίζεται από την αντίστοιχη αλληλουχία αμινοξέων. Το ενεργό κέντρο ενός ενζύμου είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς επιτρέπει τόσο τη σύνδεση του υποστρώματος όσο και την κατάλυση. Είναι ενδιαφέρον ότι τα υποστρώματα μπορούν να υπάρχουν σε δύο εναντιομερείς μορφές, με τα ένζυμα να παρουσιάζουν τυπικά εναντιοεκλεκτικότητα.

Καινοτόμος τροποποίηση μέσω της μηχανικής πρωτεϊνών

Ένα κεντρικό σημείο της μελέτης είναι ότι τα ένζυμα είναι κατάλληλα για βιομηχανικές και ιατρικές εφαρμογές, αλλά συχνά απαιτούν στοχευμένες τροποποιήσεις. Εδώ παίζει ρόλο η μηχανική πρωτεϊνών, επιτρέποντας την ανταλλαγή αμινοξέων για τη βελτιστοποίηση της ενζυμικής δραστηριότητας. Οι πιο πρόσφατες τεχνικές σε αυτόν τον τομέα επιτρέπουν τη χρήση μη φυσικών αμινοξέων (UAS) στα κύτταρα. Αυτά τα φωτοευαίσθητα UAS μπορούν να ενσωματωθούν στρατηγικά στις ενεργές θέσεις των ενζύμων για τον έλεγχο της δραστηριότητάς τους.

Η μελέτη εξετάζει συγκεκριμένα το ένζυμο φωσφοτριεστεράση (PTE), το οποίο είναι ικανό να μετατρέπει τοξικά υποστρώματα σε μη τοξικά προϊόντα. Με την υπεριώδη ακτινοβολία ενός ενζύμου τροποποιημένου με ένα φωτοευαίσθητο αμινοξύ, η εναντιοεκλεκτικότητα θα μπορούσε να αλλάξει, γεγονός που κατέστησε δυνατή τη δέσμευση και τη μετατροπή ενός διαφορετικού εναντιομερούς.

Τελευταία ερευνητικά αποτελέσματα και τα αποτελέσματά τους

Τα αποτελέσματα βασίζονται σε βιοπληροφορική ανάλυση της χωρικής δομής του PTE και των αντίστοιχων αλλαγών στην ενεργή θέση. Η έρευνα αυτή ανοίγει νέες ευκαιρίες για τη φαρμακευτική-χημική βιομηχανία. Αυτή η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε στενή συνεργασία μεταξύ του καθηγητή Reinhard Sterner, του καθηγητή Till Rudack από το Πανεπιστήμιο του Regensburg και του καθηγητή Frank Raushel από το Πανεπιστήμιο A&M του Τέξας. Η αρχική δημοσίευση δημοσιεύτηκε στο περιοδικό JACS Au με τίτλο «Photo-Controlling the Enantioselectivity of a Phosphotriesterase via Incorporation of a Light-Responsive Unnatural Amino Acid».

Παράλληλα, αναπτύσσεται μια ομάδα ερευνητών Ερευνητικό Κέντρο Jülich νέες μεθόδους που βασίζονται σε υπάρχοντες αλγόριθμους βαθιάς μάθησης. Αυτά στοχεύουν στη βελτίωση της πρόβλεψης στη μηχανική ενζύμων και στην ενζυμική λειτουργική ταξινόμηση. Η ομάδα διατηρεί το έργο TopEC, ένα βελτιωμένο πλαίσιο ενζυμικής λειτουργικής ταξινόμησης που βασίζεται στη βάση δεδομένων TopEnzyme.

Το επίκεντρο αυτής της έρευνας είναι η χρήση συνελικτικών νευρωνικών δικτύων τρισδιάστατων γραφημάτων για την ακριβή πρόβλεψη των επιδράσεων υποκατάστασης στη δραστηριότητα και τη σταθερότητα των ενζύμων. Η εφαρμογή δομικών χαρακτηριστικών και χαρακτηριστικών που βασίζονται στην αλληλουχία μέσα σε αυτά τα δίκτυα στοχεύει στην αύξηση της σταθερότητας των πρωτεϊνών και στη βελτίωση της λειτουργικής ταξινόμησης των ενζύμων.

Η συναρπαστική συνέργεια μεταξύ της βιοχημικής θεωρίας και των σύγχρονων τεχνολογιών δεν υπόσχεται μόνο πρόοδο στη βασική έρευνα, αλλά θα μπορούσε επίσης να έχει εκτεταμένες επιπτώσεις για βιομηχανικές εφαρμογές στην έρευνα ενζύμων.