研究人员开发了一种新的“理性工程”酶的方法，以提高其性能。他们创建了一种算法，考虑到酶的进化历史，以确定可以进行突变以实现功能改进的地方。这项工作可能对包括食品生产和人类健康在内的各种行业产生重大而深远的影响。
研究人员确定了酶的进化历史中可以进行突变以潜在改善其功能的特定区域。
这项今天发表在权威杂志《自然通讯》上的研究可能会在食品生产和人类健康等多个行业产生广泛影响。
酶在生命中起着至关重要的作用，对开发新药物和解决社会问题至关重要。经过数十亿年的进化，酶由于氨基酸序列的变化而改变了其三维结构。每种酶就像一串珠子，每颗珠子代表一个氨基酸的序列。找到增强酶性能的方法对包括制药、农业和生物燃料在内的各个行业将极为有利。酶在许多生物过程中发挥着关键作用，提高其活性可能会在医学、食品生产和可再生能源方面带来重大进展。氨基酸的序列多样性允许酶功能的潜在改善，这可能对各个科学和工业领域产生深远的影响。现在，使用现代分子生物学工具，改变氨基酸序列以改善在各种工业应用中的性能变得简单而经济。然而，稍微对序列进行一些更改可能会显著降低酶的活性。科学家们没有随机引入突变，而是开发了一种新的方法，通过考虑其进化历史的算法对酶“β-内酰胺酶”进行工程。这个有前途的策略是由布罗德研究所和哈佛医学院的研究人员开发的。
“这个新算法围绕一个评分函数展开，利用来自各种生物体的许多β-内酰胺酶序列。我们产生了多达84个突变，而不是进行几次随机更改，以改善功能性能，”都柏林圣三一学院生物化学与免疫学系副教授、研究共同作者阿米尔·汗博士解释道。
“值得注意的是，新设计的酶在更高温度下表现出增强的活性和稳定性。”
都柏林的圣三一学院二年级博士生伊夫·纳皮尔评论道，研究人员使用X射线晶体学确定了新设计的β-内酰胺酶的三维结构。三维图显示，尽管改变了30%的氨基酸，但酶与野生型β-内酰胺酶具有相同的结构。它还证明了在同一时间进行协调的氨基酸变化可以有效稳定三维结构，而单独的变化通常会削弱酶的结构。
伊夫·纳皮尔评论说，“这些研究表明，通过在序列空间中进行重大变化，可以对蛋白质进行修改以实现更好的活性。”这项研究的潜在影响巨大，涉及食品生产、塑料降解和人类健康等多个行业。我们期待着这项工作将来会带来什么。
