Indywidualnie projektowane enzymy do inżynierii białkowej
Finansowany ze środków UE projekt "Enzyme design of medical interest" (MEDENZYMEDESIGN) poświęcony było zaprojektowaniu trzech enzymów do zastosowania w biotechnologii, biomedycynie i przemyśle. Naukowcy wykorzystali opracowaną wcześniej metodologię "inside-out", łącząc obliczeniowe projektowanie białek z ukierunkowaną ewolucją (DE) w celu zaprojektowania nowych enzymów. Aby zoptymalizować projektowanie enzymów poprzez symulacje, zastosowano nowatorskie metody oparte na mechanice kwantowej/ mechanice molekularnej (QM/MM) i dynamice molekularnej (MD) oraz teorii funkcjonału gęstości. Uczeni stworzyli enzym transglutaminazy do wytwarzania leku przeciwko cukrzycy typu 2 o nazwie sitagliptyna przy pomocy protokołu "inside-out". Wystąpiły jednak problemy z projektami obliczeniowymi i okazał się on nieskuteczny. Następnie przystąpiono do zaprojektowania nowych odmian enzymu, aby wytworzyć składnik aktywnie obniżających cholesterol noszący nazwę kwasu lowastatynowego. Enzymy wytworzone przy użyciu DE przeanalizowano obliczeniowo za pomocą superkomputera Anton i symulacji MD. Analizy ujawniły, że enzymy wytwarzane przy pomocy DE są skuteczniejsze niż te projektowane obliczeniowo, ze względu na lepsze wstępne uporządkowanie środowiska biegunowego enzymu. Naukowcy uczestniczący w projekcie MEDENZYMEDESIGN pracowali nad przeprojektowaniem naturalnych enzymów zależnych od NADP, aby uzyskać aktywność dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej oraz obniżyć wywołany lekiem stres oksydacyjny u pacjentów z niedoborem G6PD. Przeprowadzono symulacje MD, aby poznać różnice w aktywności katalitycznej i kinetyce reakcji enzymów i ich odmian. Omawiane prace położyły podwaliny pod przyszłe badania mające na celu udoskonalenie protokołów obliczeniowych do projektowania biokatalizatorów. Powinny one ułatwić komercyjne wykorzystanie biokatalizatorów do odpowiedniej produkcji przemysłowej ważnych związków chemicznych. Potencjalne zastosowania obejmują leczenie cukrzycy, choroby Alzheimera, Parkinsona i Huntingtona.
Słowa kluczowe
Enzym, katalizator, białko przemysłowe, kierowana ewolucja, produkt zaawansowanej glikacji, dehydrogenaza glukozo-6-fosforanu, dysmutaza ponadtlenkowa, dynamika molekularna, sitagliptyna, superkomputer Anton
