Projektbeschreibung
Die katalytische Funktion durch Sequenzregulierung mithilfe von maschinellem Lernen optimieren
Bei Enzymen handelt es sich um biologische Katalysatoren, die chemische Reaktionen in lebenden Organismen beschleunigen, wodurch Substrate effizient und mit geringerem Energieaufwand in Produkte umgewandelt werden können. Jedes Enzym ist hochspezifisch für sein Substrat und hat sich so herausgebildet, dass es unter physiologischen Bedingungen funktioniert. Ziel des ERC-finanzierten Projekts SHAPE ist es, abiotische Enzyme zu entwickeln, deren katalytische Fähigkeiten mit denen natürlicher Enzyme vergleichbar sind, und so deren Einsatz bei chemischen Umwandlungen zu erweitern. Die Forschung konzentriert sich auf die Variation der Monomersequenz und der Stereochemie, um die Sekundär- und Tertiärstruktur in einem kontrollierten technischen Ansatz zu verändern. Fortgeschrittene Computerverfahren werden dazu beitragen, die Beziehung zwischen Sequenz und katalytischer Funktion zu analysieren und zu interpretieren, was zu einer Optimierung der katalytischen Leistung führt.
Ziel
Functionalities of enzymes are encoded in amino acid sequences and directed by their SHAPEs with complementary binding pockets for specific substrates. Natural enzymes are remarkable catalysts, however, they are typically optimized by evolution to operate under the constraints of the physiological environment of a living system, which strongly limits the scope of their applications in organic synthesis. Here, I propose to develop abiotic enzymes to selectively catalyze chemical transformations in non-physiological environments. The main objective of the project is to use monomer sequence control to fine-tune the SHAPE of abiotic macromolecules to obtain the desired catalytic functionality. This goal will be realised via four work packages:
(I) Primary structure control to input information into macromolecules – development of synthetic methods yielding high molar mass, sequence-defined polymers, to deliver abiotic proteins at high scales and numbers.
(II) SHAPE control by single chain folding and topology – secondary and tertiary structure evolution by varying the monomer sequence and stereochemistry to tune intramolecular interactions, leading to controlled engineering of globularly folded polymers.
(III) Introducing catalytic activity into abiotic polymers – enhancing selectivity and efficiency of catalytic reactions by advancing an outer sphere that surrounds the metal cofactor.
(IV) Sequence-function studies using machine learning – delivery of models able to interpret multivariate data that will guide the development of complex catalytic systems to find and predict dependencies inaccessible by conventional methods.
Our approach proposes an unexplored method for obtaining abiotic, sequence-defined polymers operating in a non-biological environment whose functions can rival those of natural macromolecules. The study will reveal valuable information on sequence-dependent properties of polymers, to open a field of abiotic enzymes for organic transformations.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2023-STG
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