Revolučné štúdie: teraz kontrolujte enzýmy svetlom!

Revolučné štúdie: teraz kontrolujte enzýmy svetlom!

Vedec z Univerzita v Regensburgu publikovali prelomovú štúdiu o presnej časopriestorovej kontrole biochemických transformácií. Tento výskum objasňuje úlohu enzýmov ako biokatalyzátorov, ktoré urýchľujú bunkové reakcie a premieňajú substráty na produkty.

Enzýmy, ktoré pozostávajú z aminokyselín, vykazujú funkčnosť závislú od štruktúry, ktorá je určená príslušnou sekvenciou aminokyselín. Aktívne centrum enzýmu je obzvlášť dôležité, pretože umožňuje väzbu substrátu aj katalýzu. Je zaujímavé, že substráty môžu existovať v dvoch enantiomérnych formách, pričom enzýmy typicky vykazujú enantioselektivitu.

Inovatívna modifikácia prostredníctvom proteínového inžinierstva

Ústredným bodom štúdie je, že enzýmy sú vhodné pre priemyselné a lekárske aplikácie, ale často vyžadujú cielené úpravy. Tu vstupuje do hry proteínové inžinierstvo, ktoré umožňuje výmenu aminokyselín na optimalizáciu enzýmovej aktivity. Najnovšie techniky v tejto oblasti umožňujú použitie neprirodzených aminokyselín (UAS) v bunkách. Tieto fotosenzitívne UAS môžu byť strategicky začlenené do aktívnych miest enzýmov na kontrolu ich aktivity.

Štúdia špecificky skúma enzým fosfotriesterázu (PTE), ktorý je schopný premieňať toxické substráty na netoxické produkty. UV ožiarením enzýmu modifikovaného fotosenzitívnou aminokyselinou sa mohla zmeniť enantioselektivita, čo umožnilo naviazať a premeniť iný enantiomér.

Najnovšie výsledky výskumu a ich účinky

Výsledky sú založené na bioinformatickej analýze priestorovej štruktúry PTE a zodpovedajúcich zmien v aktívnom mieste. Tento výskum otvára nové možnosti pre farmaceuticko-chemický priemysel. Táto štúdia bola vykonaná v úzkej spolupráci medzi prof. Reinhardom Sternerom, prof. Tillom Rudackom z Univerzity v Regensburgu a prof. Frankom Raushelom z Texas A&M University. Pôvodná publikácia bola publikovaná v časopise JACS Au pod názvom „Photo-Controlling the Enantioselectivity of a Phosphotriesterase via Incorporation of a Light-Responsive Unnatural Amino Acid“.

Zároveň sa rozvíja tím výskumníkov Výskumné centrum Jülich nové metódy založené na existujúcich algoritmoch hlbokého učenia. Tieto sú zamerané na zlepšenie predikcie v enzýmovom inžinierstve a funkčnej klasifikácii enzýmov. Skupina udržiava projekt TopEC, vylepšený rámec funkčnej klasifikácie enzýmov založený na databáze TopEnzyme.

Ťažiskom tohto výskumu je použitie 3D grafových konvolučných neurónových sietí na presné predpovedanie substitučných účinkov na aktivitu a stabilitu enzýmu. Implementácia štruktúrnych a sekvenčných znakov v rámci týchto sietí má za cieľ zvýšiť stabilitu proteínov a zlepšiť funkčnú klasifikáciu enzýmov.

Vzrušujúca synergia medzi biochemickou teóriou a modernými technológiami nielen sľubuje pokroky v základnom výskume, ale môže mať aj ďalekosiahle dôsledky pre priemyselné aplikácie vo výskume enzýmov.