Vallankumoukselliset tutkimukset: nyt hallitse entsyymejä valolla!

Vallankumoukselliset tutkimukset: nyt hallitse entsyymejä valolla!

Tiedemies Regensburgin yliopisto ovat julkaisseet uraauurtavan tutkimuksen biokemiallisten muutosten tarkasta spatiotemporaalisesta ohjauksesta. Tämä tutkimus valaisee entsyymien roolia biokatalyytteinä, jotka nopeuttavat solureaktioita ja muuttavat substraatteja tuotteiksi.

Aminohapoista koostuvat entsyymit osoittavat rakenteesta riippuvaa toiminnallisuutta, joka määräytyy vastaavan aminohapposekvenssin mukaan. Entsyymin aktiivinen keskus on erityisen tärkeä, koska se mahdollistaa sekä substraatin sitoutumisen että katalyysin. Mielenkiintoista on, että substraatit voivat esiintyä kahdessa enantiomeerisessä muodossa, jolloin entsyymeillä on tyypillisesti enantioselektiivisyyttä.

Innovatiivinen modifikaatio proteiinitekniikan avulla

Tutkimuksen keskeinen kohta on, että entsyymit soveltuvat teollisiin ja lääketieteellisiin sovelluksiin, mutta vaativat usein kohdennettuja modifikaatioita. Tässä tulee esille proteiinitekniikka, joka mahdollistaa aminohappojen vaihdon entsyymitoiminnan optimoimiseksi. Tämän alan uusimmat tekniikat mahdollistavat luonnottomien aminohappojen (UAS) käytön soluissa. Nämä valoherkät UAS:t voidaan sisällyttää strategisesti entsyymien aktiivisiin kohtiin niiden aktiivisuuden hallitsemiseksi.

Tutkimuksessa tarkastellaan erityisesti entsyymiä fosfotriesteraasi (PTE), joka pystyy muuttamaan myrkyllisiä substraatteja myrkyttömäksi tuotteiksi. Valoherkällä aminohapolla modifioidun entsyymin UV-säteilytyksellä enantioselektiivisyyttä voitiin muuttaa, mikä mahdollisti erilaisen enantiomeerin sitomisen ja muuntamisen.

Uusimmat tutkimustulokset ja niiden vaikutukset

Tulokset perustuvat bioinformaattiseen analyysiin PTE:n tilarakenteesta ja vastaavista muutoksista aktiivisessa paikassa. Tämä tutkimus avaa uusia mahdollisuuksia lääke-kemianteollisuudelle. Tämä tutkimus toteutettiin tiiviissä yhteistyössä professori Reinhard Sternerin, prof. Till Rudackin Regensburgin yliopistosta ja prof. Frank Raushelin kanssa Texas A&M -yliopistosta. Alkuperäinen julkaisu julkaistiin JACS Au -lehdessä otsikolla "Photo-Controlling the Enantioselectivity of a Phosphotriesterase via Incorporation of a Light-Responsive Unnatural Amino Acid".

Samalla kehittyy tutkijaryhmä Jülichin tutkimuskeskus uusia menetelmiä, jotka perustuvat olemassa oleviin syväoppimisalgoritmeihin. Näillä pyritään parantamaan ennustetta entsyymitekniikassa ja entsyymien funktionaalisessa luokittelussa. Ryhmä ylläpitää TopEC-projektia, parannettua TopEnzyme-tietokantaan perustuvaa entsyymien toiminnallista luokittelukehystä.

Tämän tutkimuksen painopiste on 3D-graafin konvoluutiohermoverkkojen käyttö ennustamaan tarkasti substituutiovaikutukset entsyymien aktiivisuuteen ja stabiilisuuteen. Rakenteellisten ja sekvenssipohjaisten piirteiden toteuttaminen näissä verkostoissa pyrkii lisäämään proteiinien stabiilisuutta ja parantamaan entsyymien toiminnallista luokittelua.

Biokemiallisen teorian ja nykyaikaisten teknologioiden välinen jännittävä synergia lupaa edistystä perustutkimuksessa, mutta sillä voi myös olla kauaskantoisia vaikutuksia entsyymitutkimuksen teollisiin sovelluksiin.