Revolutionära studier: kontrollerar nu enzymer med ljus!

Revolutionära studier: kontrollerar nu enzymer med ljus!

Forskare i Universitetet i Regensburg har publicerat en banbrytande studie om den exakta spatiotemporala kontrollen av biokemiska transformationer. Denna forskning belyser enzymers roll som biokatalysatorer som påskyndar cellulära reaktioner och omvandlar substrat till produkter.

Enzymer som består av aminosyror visar en strukturberoende funktionalitet som bestäms av respektive sekvens av aminosyror. Ett enzyms aktiva centrum är särskilt avgörande, eftersom det möjliggör både substratbindning och katalys. Intressant nog kan substrat existera i två enantiomera former, med enzymer som vanligtvis uppvisar enantioselektivitet.

Innovativ modifiering genom proteinteknik

En central poäng i studien är att enzymer är lämpliga för industriella och medicinska tillämpningar, men ofta kräver riktade modifieringar. Det är här proteinteknik kommer in i bilden, vilket tillåter utbyte av aminosyror för att optimera enzymaktiviteten. De senaste teknikerna inom detta område tillåter användning av onaturliga aminosyror (UAS) i celler. Dessa fotokänsliga UAS kan integreras strategiskt i enzymernas aktiva platser för att kontrollera deras aktivitet.

Studien undersöker specifikt enzymet fosfotriesteras (PTE), som kan omvandla giftiga substrat till icke-toxiska produkter. Genom UV-bestrålning av ett enzym modifierat med en ljuskänslig aminosyra kunde enantioselektiviteten förändras, vilket gjorde det möjligt att binda och omvandla en annan enantiomer.

Senaste forskningsresultaten och deras effekter

Resultaten är baserade på en bioinformatisk analys av den rumsliga strukturen hos PTE och motsvarande förändringar i den aktiva platsen. Denna forskning öppnar nya möjligheter för den läkemedelskemiska industrin. Denna studie genomfördes i nära samarbete mellan Prof. Reinhard Sterner, Prof. Till Rudack från University of Regensburg och Prof. Frank Raushel från Texas A&M University. Den ursprungliga publikationen publicerades i tidskriften JACS Au under titeln "Photo-Controlling the Enantioselectivity of a Phosphotriesterase via Incorporation of a Light-Responsive Unnatural Amino Acid".

Samtidigt utvecklas ett team av forskare Jülich Research Center nya metoder baserade på befintliga djupinlärningsalgoritmer. Dessa syftar till att förbättra förutsägelse i enzymteknik och enzymfunktionell klassificering. Gruppen upprätthåller TopEC-projektet, ett förbättrat ramverk för funktionell klassificering av enzymer baserat på databasen TopEnzyme.

Fokus för denna forskning är användningen av 3D-grafkonvolutionella neurala nätverk för att exakt förutsäga substitutionseffekter på enzymaktivitet och stabilitet. Implementeringen av strukturella och sekvensbaserade funktioner inom dessa nätverk syftar till att öka stabiliteten hos proteiner och förbättra enzymfunktionell klassificering.

Den spännande synergin mellan biokemisk teori och modern teknik lovar inte bara framsteg inom grundforskning, utan kan också få långtgående konsekvenser för industriella tillämpningar inom enzymforskning.