Revolucionāri pētījumi: tagad kontrolē enzīmus ar gaismu!

Revolucionāri pētījumi: tagad kontrolē enzīmus ar gaismu!

Zinātnieks no Rēgensburgas Universitāte ir publicējuši revolucionāru pētījumu par precīzu bioķīmisko transformāciju spatiotemporālo kontroli. Šis pētījums izgaismo fermentu kā biokatalizatoru lomu, kas paātrina šūnu reakcijas un pārvērš substrātus produktos.

Fermentiem, kas sastāv no aminoskābēm, ir no struktūras atkarīga funkcionalitāte, ko nosaka attiecīgā aminoskābju secība. Īpaši svarīgs ir fermenta aktīvais centrs, jo tas nodrošina gan substrāta saistīšanos, gan katalīzi. Interesanti, ka substrāti var pastāvēt divās enantiomēru formās, un fermentiem parasti ir enantioselektivitāte.

Novatoriskas modifikācijas, izmantojot proteīnu inženieriju

Pētījuma galvenais punkts ir tas, ka fermenti ir piemēroti rūpnieciskiem un medicīniskiem lietojumiem, taču tiem bieži ir nepieciešamas mērķtiecīgas modifikācijas. Šeit tiek izmantota proteīnu inženierija, kas ļauj apmainīties ar aminoskābēm, lai optimizētu enzīmu aktivitāti. Jaunākās metodes šajā jomā ļauj šūnās izmantot nedabiskās aminoskābes (UAS). Šīs fotojutīgās UAS var stratēģiski iekļaut fermentu aktīvajās vietās, lai kontrolētu to darbību.

Pētījumā īpaši tiek pētīts enzīms fosfotriesterāze (PTE), kas spēj pārvērst toksiskos substrātus netoksiskos produktos. Apstarojot ar UV starojumu fermentu, kas modificēts ar gaismjutīgu aminoskābi, varēja mainīt enantioselektivitāti, kas ļāva saistīt un pārveidot citu enantiomēru.

Jaunākie pētījumu rezultāti un to ietekme

Rezultāti ir balstīti uz PTE telpiskās struktūras bioinformātisko analīzi un atbilstošajām izmaiņām aktīvajā vietā. Šis pētījums paver jaunas iespējas farmācijas un ķīmijas rūpniecībai. Šis pētījums tika veikts ciešā sadarbībā starp prof. Reinhardu Šterneru, prof. Tilu Rudaku no Rēgensburgas Universitātes un prof. Frenku Rauselu no Teksasas A&M universitātes. Sākotnējā publikācija tika publicēta žurnālā JACS Au ar nosaukumu “Fosfotriesterāzes enantioselektivitātes fotokontrole, iekļaujot uz gaismu reaģējošu nedabisku aminoskābi”.

Tajā pašā laikā attīstās pētnieku komanda Jülich pētniecības centrs jaunas metodes, kuru pamatā ir esošie dziļās mācīšanās algoritmi. To mērķis ir uzlabot prognozēšanu fermentu inženierijā un enzīmu funkcionālajā klasifikācijā. Grupa uztur TopEC projektu, uzlabotu enzīmu funkcionālās klasifikācijas sistēmu, kuras pamatā ir TopEnzyme datubāze.

Šī pētījuma uzmanības centrā ir 3D grafika konvolucionālo neironu tīklu izmantošana, lai precīzi prognozētu aizstāšanas ietekmi uz enzīmu aktivitāti un stabilitāti. Strukturālu un uz secību balstītu iezīmju ieviešana šajos tīklos ir vērsta uz proteīnu stabilitātes palielināšanu un enzīmu funkcionālās klasifikācijas uzlabošanu.

Aizraujošā sinerģija starp bioķīmisko teoriju un modernajām tehnoloģijām ne tikai sola progresu fundamentālajos pētījumos, bet arī tai var būt tālejoša ietekme uz rūpnieciskiem lietojumiem fermentu pētniecībā.