Des études révolutionnaires : contrôlez désormais les enzymes avec la lumière !

Des études révolutionnaires : contrôlez désormais les enzymes avec la lumière !

Scientifique du Université de Ratisbonne ont publié une étude révolutionnaire sur le contrôle spatio-temporel précis des transformations biochimiques. Cette recherche met en lumière le rôle des enzymes en tant que biocatalyseurs qui accélèrent les réactions cellulaires et convertissent les substrats en produits.

Les enzymes constituées d'acides aminés présentent une fonctionnalité dépendante de la structure, déterminée par la séquence respective d'acides aminés. Le centre actif d’une enzyme est particulièrement crucial, car il permet à la fois la liaison au substrat et la catalyse. Il est intéressant de noter que les substrats peuvent exister sous deux formes énantiomères, les enzymes présentant généralement une énantiosélectivité.

Modification innovante grâce à l'ingénierie des protéines

Un point central de l’étude est que les enzymes conviennent aux applications industrielles et médicales, mais nécessitent souvent des modifications ciblées. C’est là qu’intervient l’ingénierie des protéines, permettant l’échange d’acides aminés pour optimiser l’activité enzymatique. Les dernières techniques dans ce domaine permettent d’utiliser des acides aminés non naturels (UAS) dans les cellules. Ces UAS photosensibles peuvent être incorporés stratégiquement dans les sites actifs des enzymes pour contrôler leur activité.

L'étude examine spécifiquement l'enzyme phosphotriesterase (PTE), capable de convertir des substrats toxiques en produits non toxiques. Par irradiation UV d'une enzyme modifiée avec un acide aminé photosensible, l'énantiosélectivité a pu être modifiée, ce qui a permis de lier et de convertir un énantiomère différent.

Derniers résultats de recherche et leurs effets

Les résultats sont basés sur une analyse bioinformatique de la structure spatiale du PTE et des changements correspondants dans le site actif. Ces recherches ouvrent de nouvelles opportunités pour l’industrie pharmaceutique et chimique. Cette étude a été réalisée en étroite collaboration entre le professeur Reinhard Sterner, le professeur Till Rudack de l'université de Regensburg et le professeur Frank Raushel de la Texas A&M University. La publication originale a été publiée dans la revue JACS Au sous le titre « Photo-Controlling the Enantioselectivity of a Phosphotriesterase via Incorporation of a Light-Responsive Unnatural Amino Acid ».

Parallèlement, une équipe de chercheurs développe Centre de recherche de Juliers de nouvelles méthodes basées sur les algorithmes d’apprentissage profond existants. Ceux-ci visent à améliorer la prédiction en matière d’ingénierie enzymatique et de classification fonctionnelle des enzymes. Le groupe gère le projet TopEC, un cadre amélioré de classification fonctionnelle des enzymes basé sur la base de données TopEnzyme.

L'objectif de cette recherche est l'utilisation de réseaux neuronaux convolutifs graphiques 3D pour prédire avec précision les effets de substitution sur l'activité et la stabilité des enzymes. La mise en œuvre de caractéristiques structurelles et basées sur des séquences au sein de ces réseaux vise à augmenter la stabilité des protéines et à améliorer la classification fonctionnelle des enzymes.

La synergie passionnante entre la théorie biochimique et les technologies modernes promet non seulement des progrès dans la recherche fondamentale, mais pourrait également avoir des implications considérables pour les applications industrielles de la recherche sur les enzymes.