Rewolucyjne odkrycie enzymów w Greifswaldzie: woda jako sekret!

Rewolucyjne odkrycie enzymów w Greifswaldzie: woda jako sekret!

Naukowcy z Uniwersytetu w Greifswaldzie dokonali niedawno przełomowego odkrycia w dziedzinie badań enzymów. Te nowe spostrzeżenia na temat struktury i funkcji enzymów biorących udział w konwersji cząsteczek cukru mogą mieć daleko idące zastosowania w przetwórstwie żywności i produkcji biopaliw. Wyniki opublikowano 31 lipca 2025 roku w renomowanym czasopiśmie specjalistycznym Komunikacja przyrodnicza opublikowany.

Centralnym elementem tych badań jest odkrycie precyzyjnie zintegrowanej cząsteczki wody, która zamiast aminokwasu przejmuje funkcję centrum aktywnego esterazy węglowodanowej. Enzymy te, należące do rodziny hydrolaz, odpowiadają za rozszczepianie i tworzenie wiązań estrowych. Ich znaczenie na rynku enzymów przemysłowych jest ogromne, ponieważ są szeroko stosowane w takich sektorach, jak wydobycie biomasy, przemysł spożywczy i paszowy, produkcja agrochemiczna i bioremediacja.

Triada katalityczna za pośrednictwem wody

W badaniach skupiono się w szczególności na dwóch przedstawicielach rodziny enzymów CE20, Fl8CE20_II i PpCE20_II. Enzymy te odkodowano w ich pełnej strukturze za pomocą krystalografii rentgenowskiej przeprowadzonej przez grupę badawczą finansowaną przez DFG. Zaskakujące wyniki doprowadziły do ​​nazwania tej struktury „triadą katalityczną za pośrednictwem wody”.

Kluczowym odkryciem było to, że cząsteczka wody odgrywa kluczową rolę w aktywności enzymów. W celu sprawdzenia wpływu na koordynację cząsteczki wody zbadano różne mutanty enzymu. Wyniki znacząco poszerzają wiedzę na temat mechanizmów enzymów i otwierają nowe perspektywy biotechnologicznego zastosowania tej wiedzy.

Zastosowania przemysłowe i perspektywy na przyszłość

Szerokie możliwości zastosowań przemysłowych estrów są niezwykłe. Esterazy są poszukiwane m.in. w przemyśle spożywczym, tekstylnym oraz przy produkcji biosensorów. Rośnie również zapotrzebowanie na ekstremofilne esterazy, które można stosować w ekstremalnych warunkach, co podkreśla ich znaczenie dla przyjaznej dla środowiska i zrównoważonej chemii. Opracowywane są także innowacyjne metody ekstrakcji i wykorzystania tych enzymów.

Ponadto Fraunhofer IGB zajmuje się produkcją i optymalizacją enzymów. Badaniom poddawane są nie tylko enzymy hydrolityczne, takie jak lipazy i proteazy, ale także oksydoreduktazy. Koncentracja na procesach biotechnologicznych umożliwia rekombinacyjną produkcję tych enzymów, co zwiększa ich dostępność do zastosowań przemysłowych.

Przykładem takich zastosowań są lipazy, które stanowią około 5% światowego rynku enzymów i są wykorzystywane w wielu procesach, takich jak hydroliza trójglicerydów. Proteazy są również ważne, stanowiąc około 60% wszystkich dostępnych na rynku enzymów lub specjalnych enzymów do rafinacji olejów roślinnych.

Najnowsze odkrycia Uniwersytetu w Greifswaldzie nie tylko wspierają badania podstawowe, ale mają także praktyczne znaczenie dla zrównoważonego rozwoju w chemii. Odkrycia stanowią punkt wyjścia do dalszych badań w dziedzinie biotechnologii i mogą prowadzić do znacznych postępów w przemyśle.
Osobami kontaktowymi w sprawie tych badań są prof. Uwe Bornscheuer i prof. Michael Lammers z Instytutu Biochemii Uniwersytetu w Greifswaldzie.