Международная команда ученых представила алгоритм для создания синтетических ферментов. Он анализирует тысячи прошлых последовательностей группы ферментов бета-лактамаз и позволяет генерировать новые, более эффективные изменения в белках TEM-1 β-lactamase. Химики создали 14 ферментов, в одном из которых содержалось 84 изменения. Несмотря на изменения в 30% аминокислот, вещества по строению были похожи на естественные ферменты. Практически все их них были функциональными. В будущем результаты позволят вывести новые ферменты для производства пищевых продуктов и разложения пластика. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Ферменты — это белковые вещества, запускающие и ускоряющие биохимические реакции в организме человека. Каждый фермент состоит из последовательности нескольких сотен аминокислот, которая определяет его трехмерную форму. Живые организмы используют 20 аминокислот, комбинации которых чрезвычайно разнообразны. В зависимости от последовательностей ферменты выполняют определенную функцию: переваривают белки, преобразовывают химическую энергию в силу, уничтожают чужеродные бактерии или вирусы. Если изменить последовательность, то трехмерная форма нарушится, и это изменит функционал фермента.
Ученые уже долгое время ищут способы повысить активность ферментов. Современные инструменты молекулярной биологии позволяют с минимальными затратами вносить изменения в аминокислотные последовательности, однако неверные действия могут привести к резкой потере всей активности ферментов.
Вместо того чтобы вводить случайные мутации «методом тыка», международная команда ученых разработала специальный алгоритм. Он учитывает эволюцию группы ферментов бета-лактамаз: в основе алгоритма лежит функция подсчета, которая анализирует тысячи прошлых последовательностей бета-лактамаз из разных организмов и адаптирует ее под конкретный белок TEM-1 β-lactamase. Так исследователи сгенерировали 14 ферментов, в одном из которых содержалось 84 изменения. Почти все образцы были функциональными.
С помощью рентгеновской кристаллографии ученые определили трехмерную структуру новых TEM-1 β-lactamase. Несмотря на изменения в 30% аминокислот, ферменты имели строение, идентичное строению естественных бета-лактамаз. По словам авторов, организованные изменения в аминокислотах, вносимые одновременно, могут стабилизировать трехмерную структуру — в отличие от индивидуальных изменений, которые обычно нарушают структуру ферментов.
Результаты исследования позволят разработать новые белковые вещества для производства пищевых продуктов, разложения пластика и улучшения медицинских технологий.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
