Учені створили нові ферменти і примусили їх еволюціонувати

14/06/2009

Команді учених із США і Ізраїлю вдалося створити ферменти, що прискорюють реакцію, для якої в природі не існує природного каталізатора. Щоб досягти максимальної ефективності нового ферменту, дослідники імітували in vitro процес його "еволюції". Робота опублікована в одному з найавторитетніших наукових журналів - Nature.

Ферменти - це білки, що каталізують ті або інші реакції в природі. Як і всі білки, ферменти складаються з амінокислот, які складаються в певну тривимірну структуру, що забезпечує оптимальне протікання реакції. Власне реакція протікає в активному центрі фермента. У своїй роботі учені задалися метою створити фермент, який каталізував би реакцію відщеплення протона, пов'язаного з вуглецем. У природі відповідного фермента не існує.

На першій стадії експерименту дослідники визначили структуру активного центру майбутнього фермента. Потім вони визначили, якою повинна бути повна послідовність амінокислот, щоб вони змогли "згорнутися" і утворити активний центр заданої структури. За допомогою нової методики професор Девід Бейкер з Університету Вашигтона в Сієтлі проаналізував десятки тисяч можливих варіантів і виділив близько 60 "кандидатів". Учені синтезували їх і перевірили на наявність біологічної активності. Цей тест пройшли вісім "претендентів", їх яких дослідники відібрали три найбільш перспективні варіанти.

Фахівці з відділу структурної біології Інституту Вайсмана визначили тривимірну структуру одного з трьох ферментів. Вона виявилася практично ідентична структурі, передбаченій за допомогою комп'ютерного аналізу.

Проте ефективність цих ферментів була істотно нижча, ніж у їх природних "родичів", яких природа відбирала мільйони років. Дослідники з Ізраїлю змоделювали еволюцію ферменту in vitro. Вони випадковим чином вносили в послідовності ферментів зміни, після чого аналізували активність одержаних мутантів. Після семи циклів внесення мутацій активність ферменту збільшилася в 200 разів в порівнянні з початковим варіантом, розробленим на основі комп'ютерної моделі. Швидкість реакції у присутності нового фермента зростала на шість порядків.

Внесені мутації трохи змінювали структуру активного центру ферментів, що оптимізувало протікання безпосередньо реакції відщеплення, або змінювали гнучкість всього ланцюга, що сприяло прискоренню звільнення продукту реакції.

Розроблений ученими алгоритм дозволяє створювати ферменти, що каталізують необхідні реакції, і збільшувати їх активність до рівня природних аналогів. Крім того, отримані результати допоможуть краще зрозуміти принципи роботи ферментів.

Повернутися до списку публікацій



Останні новини

Статті

Попередні публікації