Учёные нарушили правила разработки ферментов, чтобы открыть новый метод создания химических реакций, который может иметь широкий спектр применений: от создания новых лекарств до производства еды.
В статье, опубликованной 1 декабря в журнале Nature Catalysis, профессор Франческа Парадизи и доктор Мартина Контенте из Ноттингемского университета и Бернского университета показывают новый, более эффективный метод производства молекул посредством новой одностадийной ферментативной реакции.
«Мы показали, как одна простая мутация в одном из ключевых остатков полезного фермента фантастически расширила его возможности синтеза, позволяя использовать мутантный вариант для создания особо сложных химикатов, таких как природные метаболиты, которые жизненно важны для многих биологических процессов», — сказала профессор Парадизи, профессор биокатализа факультета химии в Ноттингеме.
Любой учебник по ферментам скажет, что каталитические аминокислоты в любом известном семействе ферментов очень хорошо сохраняются. Они по факту являются отражением химических реакций, которые способен производить фермент. Вариации действительно бывают, и в некоторых случаях, если замещающая аминокислота похожа, оба варианта могут в значительных соотношениях встречаться в природе, но в остальных случаях они распространены намного реже и могут находиться только в ограниченном числе видов.
«В этом исследовании мы рассмотрели незатронутую область разработки ферментов и модифицировали ключевой каталитический остаток в активном центре фермента, — добавляет профессор Парадизи. — Ранее считалось, что это бы привело к потере ферментом активности, но мы обнаружили, что это не так, если этот биокатализатор использовать для синтеза веществ. Более того, теперь можно производить сложные, но очень полезные молекулы в мягких условиях, и это производство легко масштабировать и воспроизвести коммерчески для использования в большом спектре продуктов».
Чтобы изменить диапазон субстратов для фермента, обычно применялся подход мутирования остатков, ответственных за распознавание субстрата, для чего использовали метод направленной модификации или направленной эволюции, но каталитические остатки всегда оставались нетронутыми.
Исследователям удалось быстро получить мутантный вариант фермента ацилтрансферазы. И, хотя природный биокатализатор работает только со спиртами и линейными аминами, мутантный вариант также воздействует на тиолы и намного более сложные амины. Исследование продемонстрировало, что новый вариант всё-таки потерял способность к гидролизу сложных эфиров, но для использования в синтезе, когда нужно создать, а не разрушить сложноэфирную или другую функциональную группу (тиоэфиры и амиды), это вообще становится большим преимуществом.
«Мы получили поразительную реакцию от научного сообщества на это исследование, так как оно даёт химии новый инструмент, который можно применять в большом диапазоне молекулярных реакций. Тот факт, что очень стабильная реакция происходит без создания специфических условий, означает, что у неё есть потенциал для дешёвых коммерческих применений в производстве новых лекарств. Мы считаем, что открыли новую комбинацию каталитических триад, которую природа, судя по всему, отвергла — возможно, для того, чтобы лучше контролировать реакционную способность, но для химика это действительно золотая жила», — сказала доктор Мартина Контенте.
Источник: News - Breaking the rules of chemistry unlocks new reaction
Перевод: Антон Меньшенин, редактор Вера Круз, автор блога «Обзоры фильмов и книг Веры Круз».
