Los biotecnólogos de la Universidad de Groninga utilizaron un método computacional para rediseñar la aspartasa y convertirla en un catalizador para reacciones de hidroaminación asimétrica. Sus colegas en China aumentaron la producción de esta enzima y lograron producir kilogramos de bloques de construcción muy puros para productos farmacéuticos y otros productos bioactivoscompuestos. Este exitoso estudio de prueba de principio fue publicado en Biología química de la naturaleza el 21 de mayo
Las enzimas son catalizadores naturales que funcionan en condiciones suaves. Son una alternativa atractiva a las reacciones químicas no catalizadas que a menudo requieren altas temperaturas o presiones que consumen energía y pueden generar productos secundarios tóxicos o usar solventes. Pero hay un problema: el rango dereacciones catalizadas por enzimas son limitadas. "Es por eso que se está haciendo un gran esfuerzo para modificar las enzimas naturales", explica Dick Janssen, profesor de biotecnología química en el Instituto de Biotecnología y Biotecnología de Groningen.
matriz enorme
El método clásico para modificar enzimas es la evolución dirigida, una secuencia de selección de mutaciones en el laboratorio que tiene como objetivo crear enzimas con capacidades catalíticas modificadas. Pero se necesita mucho trabajo para hacer y probar cientos o miles de variantes de enzimas en rondas múltiplesSería mucho más eficiente hacer un diseño racional de los cambios requeridos que se base en la información sobre la estructura y las propiedades de la enzima.
Pero incluso esto es complicado, explica Hein Wijma. Es un experto en software de diseño molecular e hizo la mayor parte del trabajo computacional en el estudio. 'Las proteínas están compuestas de 20 aminoácidos diferentes. Entonces, si desea cambiar una enzima encuatro posiciones, hay 20 opciones para cada una de ellas. Esto da como resultado una enorme matriz de estructuras de proteínas. "Probarlas una por una, incluso en la computadora, lleva demasiado tiempo. Sin embargo, un algoritmo de búsqueda de Monte Carlo muy rápido aceleradescubrimiento del resultado correcto buscando tendencias en la reactividad de la enzima.
mutantes prometedores
"Al final, llevó un par de días realizar esta búsqueda en un grupo de computadoras dedicado en la Universidad de Groningen", dice Wijma. Pero se necesitaba mucho modelado de antemano. "Hay que modelar el centro reactivo,los bolsillos donde se une el sustrato y determinan la distancia entre los aminoácidos y sus posiciones y ángulos relativos. "Como el grupo usó una enzima aspartasa como punto de partida para varias reacciones diferentes, el punto de partida siempre fue el mismoEsto significaba que solo tenían que cambiar la reacción objetivo. Wijma: "Si quisiéramos hacer una nueva modificación de aspartasa, probablemente eso tomaría tres meses"
El trabajo de investigación describe cuatro conversiones diferentes, todas las adiciones de amonio. La aspartasa es una desaminasa, por lo que la reacción se invirtió. "La catálisis va en ambos sentidos, por lo que no es un problema importante", dice Janssen. Para cada conversión, la inicialLa selección mediante el algoritmo produjo unos 100 mutantes prometedores. Luego se verificaron los errores obvios. Janssen: "Al final, en realidad se produjeron entre cinco y 20 mutantes en el laboratorio y se probaron para ver si funcionaban como se esperaba".
conversiones de sustrato
El siguiente paso fue probar enzimas mutantes exitosas en un entorno ampliado. 'Este trabajo fue realizado por un ex estudiante de doctorado y postdoctorado de nuestro laboratorio, Bian Wu, quien ahora es profesor asistente en China', dice Janssen."Mostró qué candidatos podían producir grandes cantidades del producto requerido". Las conversiones de sustrato del 99 por ciento con una enantioselectividad del 99 por ciento se lograron en cantidades de hasta un kilogramo, lo que significa que las enzimas predichas por los métodos de cálculo parecen adecuadas para su uso en una industria"Esta es una prueba real de principio de que nuestro método de selección in-silico de mutantes funciona para producir enzimas útiles", concluye Janssen.
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Materiales proporcionados por Universidad de Groningen . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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