Επαναστατική ανακάλυψη ενζύμου στο Greifswald: το νερό ως μυστικό!

Επαναστατική ανακάλυψη ενζύμου στο Greifswald: το νερό ως μυστικό!

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Greifswald έκαναν πρόσφατα πρωτοποριακές ανακαλύψεις στον τομέα της έρευνας των ενζύμων. Αυτές οι νέες ιδέες για τη δομή και τη λειτουργία των ενζύμων που εμπλέκονται στη μετατροπή των μορίων ζάχαρης θα μπορούσαν να έχουν εκτεταμένες εφαρμογές στην επεξεργασία τροφίμων και την παραγωγή βιοκαυσίμων. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στις 31 Ιουλίου 2025 στο διάσημο εξειδικευμένο περιοδικό Επικοινωνίες για τη φύση δημοσιευμένο.

Το κεντρικό συστατικό αυτής της μελέτης είναι η ανακάλυψη ενός με ακρίβεια ενσωματωμένου μορίου νερού που αναλαμβάνει τη λειτουργία στο ενεργό κέντρο των υδατανθρακικών εστερασών αντί για ένα αμινοξύ. Αυτά τα ένζυμα, που ανήκουν στην οικογένεια των υδρολασών, είναι υπεύθυνα για τη διάσπαση και το σχηματισμό εστερικών δεσμών. Η σημασία τους στη βιομηχανική αγορά ενζύμων είναι τεράστια καθώς χρησιμοποιούνται ευρέως σε τομείς όπως η εξόρυξη βιομάζας, η βιομηχανία τροφίμων και ζωοτροφών, η αγροχημική παραγωγή και η βιοαποκατάσταση.

Η Καταλυτική Τριάδα με τη μεσολάβηση του νερού

Η μελέτη επικεντρώθηκε συγκεκριμένα σε δύο εκπροσώπους της οικογένειας των ενζύμων CE20, τα Fl8CE20_II και PpCE20_II. Αυτά τα ένζυμα αποκωδικοποιήθηκαν στην πλήρη δομή τους χρησιμοποιώντας κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, η οποία πραγματοποιήθηκε από μια ερευνητική ομάδα που χρηματοδοτήθηκε από το DFG. Τα εκπληκτικά αποτελέσματα οδήγησαν στο να ονομαστεί η δομή ως «καταλυτική τριάδα με μεσολάβηση νερού».

Ένα κρίσιμο εύρημα ήταν ότι το μόριο του νερού παίζει κεντρικό ρόλο στη δραστηριότητα των ενζύμων. Προκειμένου να ελεγχθεί η επίδραση στον συντονισμό του μορίου του νερού, εξετάστηκαν διάφορες μεταλλάξεις του ενζύμου. Τα αποτελέσματα διευρύνουν σημαντικά την κατανόηση των μηχανισμών των ενζύμων και ανοίγουν νέες προοπτικές για τη βιοτεχνολογική εφαρμογή αυτής της γνώσης.

Βιομηχανικές εφαρμογές και μελλοντικές προοπτικές

Οι εκτεταμένες δυνατότητες για βιομηχανικές εφαρμογές των εστέρων είναι αξιοσημείωτες. Οι εστεράσες είναι περιζήτητες στη βιομηχανία τροφίμων, στην κλωστοϋφαντουργία και στην παραγωγή βιοαισθητήρων, μεταξύ άλλων. Υπάρχει επίσης αυξανόμενη ζήτηση για ακραίες εστεράσες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν υπό ακραίες συνθήκες, υπογραμμίζοντας τη σημασία τους για φιλική προς το περιβάλλον και βιώσιμη χημεία. Αναπτύσσονται επίσης καινοτόμες μέθοδοι εκχύλισης και χρήσης αυτών των ενζύμων.

Επιπλέον, η Fraunhofer IGB δραστηριοποιείται στην παραγωγή και βελτιστοποίηση ενζύμων. Δεν ερευνώνται μόνο υδρολυτικά ένζυμα όπως οι λιπάσες και οι πρωτεάσες, αλλά και οι οξειδορεδουκτάσες. Η εστίαση στις βιοτεχνολογικές διεργασίες επιτρέπει την ανασυνδυασμένη παραγωγή αυτών των ενζύμων, γεγονός που αυξάνει τη διαθεσιμότητά τους για βιομηχανική χρήση.

Ένα παράδειγμα τέτοιων εφαρμογών είναι οι λιπάσες, οι οποίες αντιπροσωπεύουν περίπου το 5% της παγκόσμιας αγοράς ενζύμων και χρησιμοποιούνται σε πολυάριθμες διαδικασίες, όπως η υδρόλυση τριγλυκεριδίων. Οι πρωτεάσες είναι επίσης σημαντικές, καθώς αποτελούν περίπου το 60% όλων των εμπορικών ενζύμων ή των ειδικών ενζύμων για τον καθαρισμό φυτικών ελαίων.

Οι τελευταίες ανακαλύψεις από το Πανεπιστήμιο του Greifswald όχι μόνο υποστηρίζουν τη βασική έρευνα, αλλά έχουν επίσης πρακτική σημασία για τη βιώσιμη ανάπτυξη στη χημεία. Τα ευρήματα αποτελούν σημεία εκκίνησης για περαιτέρω έρευνα στη βιοτεχνολογία και θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε σημαντικές προόδους στη βιομηχανία.
Οι υπεύθυνοι επικοινωνίας για αυτήν την έρευνα είναι ο καθηγητής Uwe Bornscheuer και ο καθηγητής Michael Lammers από το Ινστιτούτο Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Greifswald.