Revoliucinis fermentų atradimas Greifsvalde: vanduo kaip paslaptis!

Revoliucinis fermentų atradimas Greifsvalde: vanduo kaip paslaptis!

Greifsvaldo universiteto mokslininkai neseniai padarė novatoriškų atradimų fermentų tyrimų srityje. Šios naujos įžvalgos apie fermentų, dalyvaujančių cukraus molekulių konversijoje, struktūrą ir funkcijas gali turėti platų pritaikymą maisto perdirbimui ir biokuro gamyboje. Rezultatai buvo paskelbti 2025 m. liepos 31 d. žinomame specializuotame žurnale Gamtos komunikacijos paskelbta.

Pagrindinis šio tyrimo komponentas yra tiksliai integruotos vandens molekulės, kuri perima funkciją aktyviajame angliavandenių esterazių centre, o ne aminorūgštyje, atradimas. Šie fermentai, priklausantys hidrolazių šeimai, yra atsakingi už esterinių jungčių skilimą ir formavimąsi. Jų svarba pramoninių fermentų rinkoje yra didžiulė, nes jie plačiai naudojami tokiuose sektoriuose kaip biomasės kasyba, maisto ir pašarų pramonė, agrocheminė gamyba ir bioremediacija.

Vandens tarpininkaujanti katalizinė triada

Tyrimo metu daugiausia dėmesio buvo skiriama dviem CE20 fermentų šeimos atstovams Fl8CE20_II ir PpCE20_II. Šie fermentai buvo iššifruoti pagal visą jų struktūrą naudojant rentgeno kristalografiją, kurią atliko DFG finansuojama tyrimų grupė. Dėl netikėtų rezultatų struktūra buvo pavadinta „vandens tarpininkaujančia katalizine triada“.

Esminis atradimas buvo tai, kad vandens molekulė vaidina pagrindinį vaidmenį fermentų veikloje. Siekiant patikrinti įtaką vandens molekulės koordinacijai, buvo tiriami įvairūs fermento mutantai. Rezultatai žymiai praplečia fermentų mechanizmų supratimą ir atveria naujas perspektyvas šių žinių biotechnologiniam pritaikymui.

Pramonės pritaikymas ir ateities perspektyvos

Didelės esterių panaudojimo pramonėje galimybės yra nepaprastos. Esterazės yra paklausios maisto pramonėje, tekstilės pramonėje ir biosensorių gamyboje, be kita ko. Taip pat didėja ekstremalių esterazių, kurios gali būti naudojamos ekstremaliomis sąlygomis, paklausa, pabrėžiant jų svarbą aplinkai nekenksmingai ir tvariai chemijai. Taip pat kuriami naujoviški šių fermentų išgavimo ir panaudojimo metodai.

Be to, Fraunhofer IGB užsiima fermentų gamyba ir optimizavimu. Tiriami ne tik hidroliziniai fermentai, tokie kaip lipazės ir proteazės, bet ir oksidoreduktazės. Dėmesys biotechnologiniams procesams leidžia gaminti šiuos fermentus rekombinantiniu būdu, o tai padidina jų prieinamumą pramoniniam naudojimui.

Tokio panaudojimo pavyzdys yra lipazės, kurios sudaro maždaug 5 % pasaulinės fermentų rinkos ir yra naudojamos daugelyje procesų, tokių kaip trigliceridų hidrolizė. Proteazės taip pat yra svarbios, jos sudaro apie 60 % visų komercinių fermentų arba specialių fermentų, skirtų augaliniam aliejui rafinuoti.

Naujausi Greifsvaldo universiteto atradimai ne tik remia pagrindinius tyrimus, bet ir turi praktinės reikšmės tvariam chemijos vystymuisi. Išvados yra tolesnių biotechnologijų tyrimų pradžios taškai ir gali lemti didelę pažangą pramonėje.
Šio tyrimo kontaktiniai asmenys yra prof. Uwe Bornscheuer ir prof. Michael Lammers iš Greifsvaldo universiteto Biochemijos instituto.