Revoliuciniai tyrimai: dabar kontroliuokite fermentus šviesa!

Revoliuciniai tyrimai: dabar kontroliuokite fermentus šviesa!

Mokslininkas iš Regensburgo universitetas paskelbė novatorišką tyrimą apie tikslią biocheminių transformacijų erdvėlaikinę kontrolę. Šis tyrimas atskleidžia fermentų, kaip biokatalizatorių, kurie pagreitina ląstelių reakcijas ir paverčia substratus į produktus, vaidmenį.

Fermentai, susidedantys iš aminorūgščių, turi nuo struktūros priklausomą funkcionalumą, kurį lemia atitinkama aminorūgščių seka. Aktyvus fermento centras yra ypač svarbus, nes jis įgalina ir substrato surišimą, ir katalizę. Įdomu tai, kad substratai gali egzistuoti dviem enantiomerinėmis formomis, o fermentai paprastai pasižymi enantioselektyvumu.

Inovatyvus modifikavimas naudojant baltymų inžineriją

Pagrindinis tyrimo aspektas yra tai, kad fermentai yra tinkami naudoti pramonėje ir medicinoje, tačiau dažnai juos reikia tikslinių modifikacijų. Čia atsiranda baltymų inžinerija, leidžianti keistis aminorūgštimis, kad būtų optimizuotas fermentų aktyvumas. Naujausios šios srities technologijos leidžia ląstelėse naudoti nenatūralias aminorūgštis (UAS). Šios šviesai jautrios UAS gali būti strategiškai įtrauktos į aktyvias fermentų vietas, kad būtų galima kontroliuoti jų veiklą.

Tyrime konkrečiai tiriamas fermentas fosfotriesterazė (PTE), kuris gali paversti toksiškus substratus netoksiškais produktais. Švitinant UV spinduliais fermentą, modifikuotą šviesai jautria aminorūgštimi, buvo galima pakeisti enantioselektyvumą, o tai leido surišti ir paversti skirtingą enantiomerą.

Naujausi tyrimų rezultatai ir jų poveikis

Rezultatai pagrįsti PTE erdvinės struktūros bioinformatine analize ir atitinkamais aktyviosios vietos pokyčiais. Šis tyrimas atveria naujas galimybes farmacijos-chemijos pramonei. Šis tyrimas buvo atliktas glaudžiai bendradarbiaujant prof. Reinhard Sterner, prof. Till Rudack iš Regensburgo universiteto ir prof. Frank Raushel iš Teksaso A&M universiteto. Originalus leidinys buvo paskelbtas žurnale JACS Au pavadinimu „Photo-Controlling the Enantioselective of a Phosphotriesterase per Incorporation of a Light Responsive Unnatural Amino Acid“.

Tuo pat metu vystosi tyrėjų komanda Jülich tyrimų centras naujų metodų, pagrįstų esamais giluminio mokymosi algoritmais. Jais siekiama pagerinti fermentų inžinerijos ir fermentų funkcinės klasifikacijos prognozes. Grupė prižiūri TopEC projektą – patobulintą fermentų funkcinės klasifikacijos sistemą, pagrįstą TopEnzyme duomenų baze.

Šio tyrimo tikslas yra 3D grafiko konvoliucinių neuroninių tinklų naudojimas, siekiant tiksliai numatyti pakeitimo poveikį fermentų aktyvumui ir stabilumui. Struktūrinių ir sekomis pagrįstų funkcijų įgyvendinimas šiuose tinkluose skirtas padidinti baltymų stabilumą ir pagerinti fermentų funkcinę klasifikaciją.

Įspūdinga biocheminės teorijos ir šiuolaikinių technologijų sinergija ne tik žada pažangą atliekant fundamentinius tyrimus, bet ir gali turėti plataus masto pasekmių pramoniniam pritaikymui fermentų tyrime.