Enzimi deputati alla progettazione delle proteine
Il progetto MEDENZYMEDESIGN ("Enzyme design of medical interest"), finanziato dall'UE ha lavorato sulla progettazione di tre enzimi per applicazioni nel campo delle biotecnologie, della biomedicina e dei processi industriali. I ricercatori hanno utilizzato una metodologia inside-out sviluppata precedentemente che combina progettazione computazionale delle proteine con evoluzione pilotata (DE, directed evolution) per la progettazione di nuovi enzimi. Sono state applicate nuove strategie di meccanica quantistica/meccanica molecolare (QM/MM) e dinamica molecolare (MD) e strategie di teoria funzionali di densità per ottimizzare la progettazione degli enzimi attraverso simulazioni.I ricercatori hanno sviluppato un enzima per la transaminasi per la produzione di sitagliptin, un farmaco per curare il diabete di tipo 2, usando il protocollo inside-out. Tuttavia, si sono verificati diversi problemi con la progettazione computazionale e il protocollo non ha avuto successo. A seguito di questo, i ricercatori hanno lavorato sulla progettazione di nuove varianti di enzimi per produrre un principio attivo che riduce il colesterolo chiamato lovastatina acido. Questi enzimi prodotti attraverso evoluzione pilotata stati valutati a livello computazionale utilizzando il supercomputer Anton e simulazioni MD. L'analisi ha rivelato che gli enzimi prodotti mediante evoluzione pilotata sono più efficaci di quelli progettati a livello computazionale a causa di una migliore pre-organizzazione dell'ambiente polare dell'enzima. Gli scienziati di MEDENZYMEDESIGN hanno lavorato sulla riprogettazione di enzimi NADP-dipendenti naturali per la produzione di glucosio-6-fosfato-deidrogenasi e ridurre le sollecitazioni ossidative indotte da farmaci nei pazienti affetti da deficit della G6PD. Sono state effettuate simulazioni MD per comprendere le differenze nell'attività catalitica e nella cinetica di reazione degli enzimi e delle loro varianti. Le attività del progetto hanno posto le basi per i futuri sforzi di ricerca, per migliorare i protocolli computazionali per la progettazione di biocatalizzatori. In questo modo si dovrebbe facilitare l'applicazione commerciale dei biocatalizzatori per la produzione sostenibile su scala industriale di prodotti chimici importanti. Gli obiettivi includono il diabete, il morbo di Alzheimer, di Parkinson e la malattia di Huntington.
Parole chiave
Enzima, catalizzatore, scala industriale, proteina, evoluzione pilotata, prodotto finale ad avanzata glicazione, glucosio-6-fosfato deidrogenasi, superossido dismutasi, dinamica molecolare, sitagliptin, supercomputer Anton
