Revolusjonære studier: kontrollerer nå enzymer med lys!

Revolusjonære studier: kontrollerer nå enzymer med lys!

Forsker ved Universitetet i Regensburg har publisert en banebrytende studie om nøyaktig spatiotemporal kontroll av biokjemiske transformasjoner. Denne forskningen belyser rollen til enzymer som biokatalysatorer som akselererer cellulære reaksjoner og konverterer substrater til produkter.

Enzymer som består av aminosyrer viser en strukturavhengig funksjonalitet som er bestemt av den respektive sekvensen av aminosyrer. Det aktive senteret til et enzym er spesielt viktig, siden det muliggjør både substratbinding og katalyse. Interessant nok kan substrater eksistere i to enantiomere former, med enzymer som vanligvis viser enantioselektivitet.

Innovativ modifikasjon gjennom proteinteknologi

Et sentralt poeng i studien er at enzymer er egnet for industrielle og medisinske applikasjoner, men krever ofte målrettede modifikasjoner. Det er her proteinteknologi kommer inn i bildet, som tillater utveksling av aminosyrer for å optimalisere enzymaktiviteten. De nyeste teknikkene på dette feltet tillater bruk av unaturlige aminosyrer (UAS) i celler. Disse fotosensitive UAS kan integreres strategisk i de aktive stedene til enzymer for å kontrollere deres aktivitet.

Studien undersøker spesifikt enzymet fosfotriesterase (PTE), som er i stand til å omdanne giftige substrater til ikke-giftige produkter. Ved UV-bestråling av et enzym modifisert med en fotosensitiv aminosyre kunne enantioselektiviteten endres, noe som gjorde det mulig å binde og omdanne en annen enantiomer.

Siste forskningsresultater og deres effekter

Resultatene er basert på en bioinformatisk analyse av den romlige strukturen til PTE og de tilsvarende endringene i det aktive stedet. Denne forskningen åpner for nye muligheter for den farmasøytisk-kjemiske industrien. Denne studien ble utført i nært samarbeid mellom prof. Reinhard Sterner, prof. Till Rudack fra University of Regensburg og prof. Frank Raushel fra Texas A&M University. Den originale publikasjonen ble publisert i tidsskriftet JACS Au under tittelen "Photo-Controlling the Enantioselectivity of a Phosphotriesterase via Incorporation of a Light-Responsive Unnatural Amino Acid".

Samtidig utvikler et team av forskere Jülich forskningssenter nye metoder basert på eksisterende dyplæringsalgoritmer. Disse er rettet mot å forbedre prediksjon i enzymteknikk og enzymfunksjonell klassifisering. Gruppen opprettholder TopEC-prosjektet, et forbedret rammeverk for funksjonell klassifisering av enzymer basert på TopEnzyme-databasen.

Fokuset for denne forskningen er bruken av 3D-grafkonvolusjonelle nevrale nettverk for å presist forutsi substitusjonseffekter på enzymaktivitet og stabilitet. Implementeringen av strukturelle og sekvensbaserte funksjoner i disse nettverkene har som mål å øke stabiliteten til proteiner og forbedre enzymfunksjonell klassifisering.

Den spennende synergien mellom biokjemisk teori og moderne teknologier lover ikke bare fremskritt innen grunnforskning, men kan også ha vidtrekkende implikasjoner for industrielle anvendelser innen enzymforskning.