Inżynieria białkowa wykorzystuje techniki rekonstrukcji przodków
Rozwój nauk o ewolucji molekularnej pozwala na badanie mechanizmów rządzących rozdzielaniem się linii rodzin białek. Trwają poszukiwania technik doświadczalnych, które umożliwiłyby wskrzeszanie lub rekonstrukcję takich przodków. Dotychczasowe eksperymenty pokazują, że zrekonstruowani przodkowie są bardziej podatni na różnicowanie funkcjonalne. Białka takie są bardziej stabilne w szerszym zakresie temperatur i prawdopodobnie częściej ewoluują niż inne rodziny białek. Mimo potencjalnych możliwości sztucznego wyhodowania mutantów o nowych funkcjach, istniejące techniki są zbyt ograniczone, aby tego dokonać. Naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt PROTEINARCHEOLOGY ("Protein archaeology: Reconstructed ancestors for protein engineering and crystallography"), aby opracować metodologie, które byłyby bardziej skuteczne. Opracowane w ramach projektu techniki wskrzeszania przodków zastosowano do dwóch rodzin białek, aby wyizolować aktywne klony o zwiększonej aktywności katalitycznej. Technika ta wymagała screeningowego zbadania zaledwie 200–300 wariantów w porównaniu z tysiącami, które trzeba by przebadać w przypadku klasycznych eksperymentów ewolucyjnych. Biblioteki przodków są zatem ważnym punktem wyjściowym dla inżynierii enzymalnej, pozwalającym poprawić funkcjonalność katalityczną u wyhodowanych odmian, charakteryzujących się dodatkowo zwiększoną stabilnością i rozpuszczalnością. Następnie naukowcy zastosowali tę technikę, aby poznać mechanizmy ewolucyjne związane z białkami wiążącymi fosforany (PBP). Wiązanie fosforanów to funkcja zaobserwowana u bardzo dawno żyjących organizmów. PBP wykazują duże powinowactwo z fosforanami i mają kluczowe znaczenie dla podstawowego procesu komórkowego, jakim jest przyswajanie tych związków. Naukowcy podjęli się szczegółowego scharakteryzowania biochemicznego i strukturalnego pięciu PBP. Wyniki tych prac pokazują, że ta rodzina znajduje się pod presją selekcyjną dotyczącą jej wysokiego powinowactwa z fosforanami oraz niezwykle wysokiej selektywności. Przełomowe prace pozwoliły na odkrycie mechanizmu tej bezprecedensowej selektywności. Otwiera to nowe możliwości tworzenia ultraselektywnych terapii lekowych oraz wielu wysoce specyficznych cząsteczek o dużym znaczeniu dla przemysłu. Projekt PROTEINARCHEOLOGY utorował drogę ku bardziej wydajnej produkcji białek, co niesie ze sobą szerokie implikacje dla chemii przemysłowej oraz medycyny. Narzędzia te mogą okazać się niezbędne dla odkrycia mechanizmów ewolucji molekularnej oraz czynników ją napędzających.
