Forradalmi tanulmányok: most irányítsd az enzimeket fénnyel!

Forradalmi tanulmányok: most irányítsd az enzimeket fénnyel!

Tudósa a Regensburgi Egyetem úttörő tanulmányt tettek közzé a biokémiai átalakulások pontos tér-időbeli szabályozásáról. Ez a kutatás rávilágít az enzimek biokatalizátorok szerepére, amelyek felgyorsítják a sejtreakciókat és a szubsztrátokat termékekké alakítják.

Az aminosavakból álló enzimek szerkezetfüggő funkciót mutatnak, amelyet az aminosavak megfelelő szekvenciája határoz meg. Az enzim aktív központja különösen fontos, mivel lehetővé teszi mind a szubsztrát megkötését, mind a katalízist. Érdekes módon a szubsztrátok két enantiomer formában létezhetnek, az enzimek jellemzően enantioszelektivitást mutatnak.

Innovatív módosítás fehérjetechnológiával

A tanulmány központi pontja, hogy az enzimek alkalmasak ipari és orvosi alkalmazásokra, de gyakran célzott módosításokat igényelnek. Itt jön képbe a fehérjefejlesztés, amely lehetővé teszi az aminosavak cseréjét az enzimaktivitás optimalizálása érdekében. A legújabb technikák ezen a területen lehetővé teszik a nem természetes aminosavak (UAS) használatát a sejtekben. Ezek a fényérzékeny UAS stratégiailag beépíthetők az enzimek aktív helyeibe, hogy szabályozzák aktivitásukat.

A tanulmány kifejezetten a foszfotriészteráz enzimet (PTE) vizsgálja, amely képes toxikus szubsztrátokat nem toxikus termékekké alakítani. Egy fényérzékeny aminosavval módosított enzim UV besugárzásával az enantioszelektivitás megváltoztatható volt, ami lehetővé tette egy másik enantiomer megkötését és átalakítását.

Legújabb kutatási eredmények és hatásaik

Az eredmények a PTE térszerkezetének bioinformatikai elemzésén és az aktív hely megfelelő változásán alapulnak. Ez a kutatás új lehetőségeket nyit a gyógyszer-vegyipar számára. Ezt a tanulmányt Prof. Reinhard Sterner, Prof. Till Rudack a Regensburgi Egyetemről és Prof. Frank Raushel a Texas A&M Egyetemről szoros együttműködésben végezték. Az eredeti publikáció a JACS Au folyóiratban jelent meg „Photo-Controlling the Enantioszelectivity of a Phosphotriesterase via Incorporation of a Light-Responsive Unnatural Amino Acid” címmel.

Ezzel párhuzamosan egy kutatócsoport is fejlődik Jülich Kutatóközpont a meglévő mélytanulási algoritmusokon alapuló új módszerek. Ezek célja az előrejelzés javítása az enzimtervezésben és az enzimfunkcionális osztályozásban. A csoport fenntartja a TopEC projektet, a TopEnzyme adatbázison alapuló továbbfejlesztett enzimfunkcionális osztályozási keretrendszert.

Ennek a kutatásnak a középpontjában a 3D gráf konvolúciós neurális hálózatok használata áll az enzimaktivitásra és -stabilitásra gyakorolt ​​szubsztitúciós hatások pontos előrejelzésére. A szerkezeti és szekvencia alapú jellemzők megvalósítása ezeken a hálózatokon belül a fehérjék stabilitásának növelését és az enzimek funkcionális osztályozásának javítását célozza.

A biokémiai elmélet és a modern technológiák közötti izgalmas szinergia nemcsak az alapkutatásban ígér előrelépést, hanem az enzimkutatás ipari alkalmazásaiban is messzemenő következményekkel járhat.