Rewolucyjne badania: teraz kontrola enzymów za pomocą światła!

Rewolucyjne badania: teraz kontrola enzymów za pomocą światła!

Naukowiec ds Uniwersytet w Ratyzbonie opublikowali przełomowe badanie dotyczące precyzyjnej czasoprzestrzennej kontroli przemian biochemicznych. Badania te rzucają światło na rolę enzymów jako biokatalizatorów przyspieszających reakcje komórkowe i przekształcających substraty w produkty.

Enzymy składające się z aminokwasów wykazują funkcjonalność zależną od struktury, określoną przez odpowiednią sekwencję aminokwasów. Centrum aktywne enzymu jest szczególnie istotne, ponieważ umożliwia zarówno wiązanie substratu, jak i katalizę. Co ciekawe, substraty mogą występować w dwóch postaciach enancjomerycznych, przy czym enzymy zazwyczaj wykazują enancjoselektywność.

Innowacyjna modyfikacja poprzez inżynierię białek

Centralnym punktem badania jest to, że enzymy nadają się do zastosowań przemysłowych i medycznych, ale często wymagają ukierunkowanych modyfikacji. Tutaj w grę wchodzi inżynieria białek, umożliwiająca wymianę aminokwasów w celu optymalizacji aktywności enzymów. Najnowsze techniki w tej dziedzinie pozwalają na wykorzystanie w komórkach nienaturalnych aminokwasów (UAS). Te światłoczułe UAS można strategicznie włączyć do miejsc aktywnych enzymów, aby kontrolować ich aktywność.

W badaniu szczegółowo zbadano enzym fosfotriesterazę (PTE), który jest zdolny do przekształcania toksycznych substratów w nietoksyczne produkty. Poprzez napromieniowanie UV enzymu modyfikowanego światłoczułym aminokwasem można było zmienić enancjoselektywność, co umożliwiło związanie i konwersję innego enancjomeru.

Najnowsze wyniki badań i ich efekty

Wyniki opierają się na bioinformatycznej analizie struktury przestrzennej PTE i odpowiadających jej zmian w miejscu aktywnym. Badania te otwierają nowe możliwości dla przemysłu farmaceutyczno-chemicznego. Badanie to przeprowadzono w ścisłej współpracy pomiędzy prof. Reinhardem Sternerem, prof. Tillem Rudackiem z Uniwersytetu w Ratyzbonie i prof. Frankiem Raushelem z Texas A&M University. Oryginalna publikacja została opublikowana w czasopiśmie JACS Au pod tytułem „Photo-Controlling the Enanciosselectivity of a Phosphotriesterase via Incorporation of a Light-Responsive Unnatural Amino Acid”.

Jednocześnie rozwija się zespół badaczy Centrum Badawcze w Jülich nowe metody oparte na istniejących algorytmach głębokiego uczenia się. Mają one na celu poprawę przewidywania w inżynierii enzymów i klasyfikacji funkcjonalnej enzymów. Grupa utrzymuje projekt TopEC, ulepszoną strukturę klasyfikacji funkcjonalnej enzymów w oparciu o bazę danych TopEnzyme.

Celem tych badań jest wykorzystanie splotowych sieci neuronowych z grafami 3D do precyzyjnego przewidywania wpływu podstawienia na aktywność i stabilność enzymów. Implementacja cech strukturalnych i opartych na sekwencji w tych sieciach ma na celu zwiększenie stabilności białek i poprawę klasyfikacji funkcjonalnej enzymów.

Ekscytująca synergia między teorią biochemiczną a nowoczesnymi technologiami nie tylko obiecuje postęp w badaniach podstawowych, ale może również mieć daleko idące konsekwencje dla zastosowań przemysłowych w badaniach nad enzymami.