Enzyme ancestors resurrected to boost thermal stability — ABC Chemicals


Исследователи сделали более активные, устойчивые к нагреванию версии двух потенциально полезных ферментов, реконструировав формы, которые, как считается, существовали в предке, всем современным позвоночным животным 450 миллионов лет назад. Они говорят, что этот подход — продемонстрированный на цитохроме P450 и кетокислотной редуктоизомеразе (KARI) — может быть полезен для создания биокатализаторов, способных проводить желательные химические превращения в промышленных условиях.

Элизабет Гиллам из Университета Квинсленда в Австралии объясняет, что ферменты цитохрома P450, которые обычно находятся в печени и участвуют в метаболизме различных молекул, представляют интерес для химиков, поскольку они катализируют полезную функционализацию C – H. Но, как и другие ферменты, они, как правило, распадаются вне тела и плохо себя чувствуют при высоких температурах. «То, что мы сделали, — это стабилизировали эти биокатализаторы», — говорит Гиллам. «Мы вернулись к наследственной форме этих ферментов, и оказалось, что наследственная форма очень термостабильна — она может выдерживать очень высокие температуры и может длиться долго при температуре окружающей среды».

Реконструкция наследственных ферментов не совсем новая идея. Исследователи раньше рассуждали, что миллионы лет назад Земля была намного горячее, поэтому ферменты, которые проводили подобные реакции в самых ранних формах жизни, должны были работать при более высоких температурах. Но хотя большая часть работы была сосредоточена на докембрийской эре (4500–540 миллионов лет назад), группа Гиллама реконструировала более поздний наследственный фермент — от предка до всех современных позвоночных.

«Преимущество возврата только к самым ранним позвоночным животным состоит в том, что у нас больше уверенности в предсказании последовательности предка — чем дальше назад, тем больше неопределенности», — объясняет Гиллам.

Enzyme ancestors resurrected to boost thermal stability - ABC Chemicals

Команда собрала информацию о генетических последовательностях 138 различных форм фермента, которые существуют у современных позвоночных. «Когда вы получаете все эти последовательности, вы выравниваете их — так что вы выясняете, как разные части последовательности фермента совпадают с другими последовательностями фермента, — тогда вы можете получить эволюционное дерево», — говорит Гиллам. «Благодаря этим двум вещам — выравниванию последовательностей и эволюционному дереву — вы можете использовать биоинформационные алгоритмы, чтобы выяснить, кто был наиболее вероятным предком».

Следующим шагом является создание гена для этого фермента, а затем ввести его в Кишечная палочка бактерии, чтобы они сделали фермент, который можно проверить на свойства, такие как активность и стабильность. Гиллам говорит, что открытие того, что этот конкретный предок обладал превосходной термостабильностью, было счастливым случаем.

«На самом деле мы не подходили к этому, чтобы получить термостабильный фермент. То, что мы пытались сделать, это просто создать очень большую библиотеку ферментов, чтобы попытаться определить, что сделало фермент стабильным или способным правильно складываться », — говорит она. «Для нас было большим сюрпризом обнаружить, что он очень, очень термостабилен. Мы ожидаем, что если вы вернетесь к докембрийским условиям, фермент будет термостабильным, потому что Земля переживала времена, когда среда была очень горячей. Но наш предок был только от самых ранних позвоночных животных … температуры вокруг тогда были только приблизительно на 10 ° C отличными от сегодняшних ».

Горячая тема

После того, как наследственный фермент обладал этими свойствами, команда использовала его последовательность в качестве матрицы для направленной эволюции, которая позволила им вырабатывать ферменты, которые имели даже лучшую термостабильность, способны функционировать при температуре более 30 ° C выше и примерно в 100 раз. длиннее, чем современный цитохром p450s.

Они хотели выяснить, будет ли такой же подход работать с другими ферментами, поэтому они создали фермент-предок позвоночных из KARI — ферментов, которые в настоящее время используются для производства биотоплива на основе бутанола. Родовая форма не только имела превосходную термостабильность, но была в восемь раз более активной, чем Кишечная палочка форма, которая в настоящее время используется в качестве модели для производства биотоплива.

Пол Далби, инженер-биохимик из Университетского колледжа Лондона в Великобритании, высоко оценил «впечатляющую глубину» работы, в частности, создание библиотек вариантов возможных предков ферментов. «Они показали, что это может быть очень хорошей отправной точкой для направленной эволюции», — добавляет он.







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *