Vallankumouksellinen entsyymilöytö Greifswaldissa: vesi salaisuutena!

Vallankumouksellinen entsyymilöytö Greifswaldissa: vesi salaisuutena!

Greifswaldin yliopiston tutkijat ovat hiljattain tehneet uraauurtavia löytöjä entsyymitutkimuksen alalla. Näillä uusilla oivalluksilla sokerimolekyylien muuntamiseen osallistuvien entsyymien rakenteesta ja toiminnasta voi olla kauaskantoisia sovelluksia elintarvikkeiden jalostuksessa ja biopolttoaineiden tuotannossa. Tulokset julkaistiin 31.7.2025 tunnetussa erikoislehdessä Luontoviestintä julkaistu.

Tämän tutkimuksen keskeinen osa on tarkasti integroidun vesimolekyylin löytäminen, joka ottaa hoitaakseen toiminnan hiilihydraattiesteraasien aktiivisessa keskustassa aminohapon sijaan. Nämä hydrolaasiperheeseen kuuluvat entsyymit ovat vastuussa esterisidosten katkaisemisesta ja muodostumisesta. Niiden merkitys teollisten entsyymien markkinoilla on valtava, koska niitä käytetään laajalti sellaisilla aloilla kuin biomassan louhinta, elintarvike- ja rehuteollisuus, maatalouskemikaalien tuotanto ja bioremediaatio.

Vesivälitteinen katalyyttinen triadi

Tutkimus keskittyi erityisesti kahteen CE20-entsyymiperheen edustajaan, Fl8CE20_II ja PpCE20_II. Nämä entsyymit dekoodattiin niiden täydellisessä rakenteessa röntgenkristallografialla, jonka suoritti DFG:n rahoittama tutkimusryhmä. Yllättävät tulokset johtivat rakenteen nimeämiseen "vesivälitteiseksi katalyyttiseksi kolmioksi".

Ratkaiseva havainto oli, että vesimolekyylillä on keskeinen rooli entsyymien toiminnassa. Vaikutuksen vesimolekyylin koordinaatioon testaamiseksi tutkittiin erilaisia ​​entsyymin mutantteja. Tulokset laajentavat merkittävästi ymmärrystä entsyymimekanismeista ja avaavat uusia näkökulmia tämän tiedon bioteknologiseen soveltamiseen.

Teolliset sovellukset ja tulevaisuuden näkymät

Esterien laajat mahdollisuudet teollisiin sovelluksiin ovat merkittäviä. Esteraaseilla on kysyntää muun muassa elintarviketeollisuudessa, tekstiiliteollisuudessa ja biosensorien valmistuksessa. Myös äärimmäisissä olosuhteissa käytettävien äärimmäisten esteraasien kysyntä on lisääntynyt, mikä korostaa niiden merkitystä ympäristöystävälliselle ja kestävälle kemialle. Myös näiden entsyymien uuttamiseen ja käyttöön kehitetään innovatiivisia menetelmiä.

Lisäksi Fraunhofer IGB toimii aktiivisesti entsyymien tuotannossa ja optimoinnissa. Ei vain hydrolyyttisiä entsyymejä, kuten lipaaseja ja proteaaseja, vaan myös oksidoreduktaaseja tutkitaan. Bioteknologisiin prosesseihin keskittyminen mahdollistaa näiden entsyymien rekombinanttituotannon, mikä lisää niiden saatavuutta teolliseen käyttöön.

Esimerkki tällaisista sovelluksista ovat lipaasit, joiden osuus maailmanlaajuisista entsyymimarkkinoista on noin 5 % ja joita käytetään lukuisissa prosesseissa, kuten triglyseridien hydrolyysissä. Proteaasit ovat myös tärkeitä, sillä ne muodostavat noin 60 % kaikista kaupallisista entsyymeistä tai erityisistä entsyymeistä kasviöljyjen jalostukseen.

Greifswaldin yliopiston uusimmat löydöt eivät vain tue perustutkimusta, vaan niillä on myös käytännön merkitystä kemian kestävälle kehitykselle. Löydökset tarjoavat lähtökohtia biotekniikan jatkotutkimukselle ja voivat johtaa merkittäviin edistysaskeliin teollisuudessa.
Tämän tutkimuksen yhteyshenkilöt ovat prof. Uwe Bornscheuer ja professori Michael Lammers Greifswaldin yliopiston biokemian instituutista.