Revolucionārs enzīmu atklājums Greifsvaldē: ūdens kā noslēpums!

Revolucionārs enzīmu atklājums Greifsvaldē: ūdens kā noslēpums!

Greifsvaldes universitātes pētnieki nesen ir veikuši revolucionārus atklājumus enzīmu izpētes jomā. Šiem jaunajiem ieskatiem cukura molekulu pārveidē iesaistīto fermentu struktūrā un funkcijās varētu būt tālejoši pielietojumi pārtikas pārstrādē un biodegvielas ražošanā. Rezultāti tika publicēti 2025. gada 31. jūlijā slavenajā specializētajā žurnālā Dabas sakari publicēts.

Šī pētījuma galvenā sastāvdaļa ir precīzi integrētas ūdens molekulas atklāšana, kas aminoskābes vietā pārņem funkciju ogļhidrātu esterāžu aktīvajā centrā. Šie fermenti, kas pieder hidrolāžu saimei, ir atbildīgi par šķelšanos un estera saišu veidošanos. To nozīme rūpniecisko fermentu tirgū ir milzīga, jo tos plaši izmanto tādās nozarēs kā biomasas ieguve, pārtikas un barības rūpniecība, agroķīmiskā ražošana un bioremediācija.

Ūdens izraisītā katalītiskā triāde

Pētījums īpaši koncentrējās uz diviem CE20 enzīmu saimes pārstāvjiem Fl8CE20_II un PpCE20_II. Šie fermenti tika dekodēti pilnā struktūrā, izmantojot rentgena kristalogrāfiju, ko veica DFG finansēta pētniecības grupa. Pārsteidzošie rezultāti noveda pie tā, ka struktūra tika nosaukta par "ūdens mediētu katalītisko triādi".

Būtisks atklājums bija tas, ka ūdens molekulai ir galvenā loma fermentu aktivitātē. Lai pārbaudītu ietekmi uz ūdens molekulas koordināciju, tika pētīti dažādi fermenta mutanti. Rezultāti būtiski paplašina izpratni par enzīmu mehānismiem un paver jaunas perspektīvas šo zināšanu biotehnoloģiskā pielietojumam.

Rūpnieciskie pielietojumi un nākotnes perspektīvas

Plašās esteru rūpnieciskā pielietojuma iespējas ir ievērojamas. Esterāzes ir pieprasītas, cita starpā, pārtikas rūpniecībā, tekstilrūpniecībā un biosensoru ražošanā. Pieaug arī pieprasījums pēc ekstrēmofilām esterāzēm, kuras var izmantot ekstremālos apstākļos, uzsverot to nozīmi videi draudzīgā un ilgtspējīgā ķīmijā. Tiek izstrādātas arī inovatīvas metodes šo fermentu ekstrakcijai un izmantošanai.

Turklāt Fraunhofer IGB darbojas fermentu ražošanas un optimizācijas jomā. Tiek pētīti ne tikai hidrolītiskie enzīmi, piemēram, lipāzes un proteāzes, bet arī oksidoreduktāzes. Koncentrēšanās uz biotehnoloģijas procesiem ļauj ražot šos enzīmus rekombinantā veidā, kas palielina to pieejamību rūpnieciskai lietošanai.

Šādu lietojumu piemērs ir lipāzes, kas veido aptuveni 5% no pasaules fermentu tirgus un tiek izmantotas daudzos procesos, piemēram, triglicerīdu hidrolīzē. Svarīgas ir arī proteāzes, kas veido aptuveni 60% no visiem komerciālajiem fermentiem vai īpašiem fermentiem augu eļļu rafinēšanai.

Jaunākie Greifsvaldes universitātes atklājumi ne tikai atbalsta fundamentālos pētījumus, bet arī tiem ir praktiska nozīme ilgtspējīgai ķīmijas attīstībai. Rezultāti nodrošina sākumpunktu turpmākiem pētījumiem biotehnoloģijas jomā un var novest pie ievērojama progresa rūpniecībā.
Šī pētījuma kontaktpersonas ir prof. Ūve Bornšeuers un prof. Maikls Lammers no Greifsvaldes Universitātes Bioķīmijas institūta.