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Enzyme Mimicking by Metabolite-Metal Nanozymes with Exceptional Operational Stability

Description du projet

Des enzymes pour différentes applications

Les enzymes sont coûteuses et instables, ce qui incite à rechercher des substituts efficaces. Les coassemblages métabolite-métal qui imitent les métalloenzymes démontrent une efficacité et une robustesse élevées, même dans des conditions extrêmes. Cependant, l’exploration du vaste espace chimique présent dans les enzymes naturelles n’en est qu’à ses débuts. Le projet Meta2Zyme, financé par le CER, explorera une matrice combinatoire de métabolites et d’ions métalliques qui s’assemblent en sites actifs catalytiques supramoléculaires uniques, similaires à l’organisation des enzymes traditionnelles. Grâce à des techniques expérimentales et informatiques avancées, notamment la modélisation prédictive basée sur l’IA, le projet permettra d’identifier, d’optimiser et de tester de nouveaux nanozymes pour différentes applications. En caractérisant ces nanozymes efficaces, le projet vise à mieux comprendre l’évolution des enzymes naturelles et la conception de nanomatériaux catalytiques.

Objectif

While enzymes are highly useful in various applications, their limited operational stability and production costs have led to an extensive search for stable catalytic agents that will retain the efficiency, specificity, and environmental-friendliness of natural enzymes. Despite extensive efforts, there is still an unmet need for improved enzyme mimics and novel concepts to discover and optimize such agents. Inspired by the catalytic activity of amyloids and the formation of amyloid-like assemblies by metabolites, our group pioneered the development of metabolite-metal co-assemblies that mimic the catalytic function of common metalloenzymes with remarkably safe and simple building blocks. Intriguingly, the assemblies exhibit high efficiency and exceptional robustness, even under extreme conditions of temperature, pH, and salinity that are impractical for enzymes. Yet, we had only explored a minute fraction of the chemical space as present in natural enzymes. In this project, we propose the first-ever systematic exploration of a vast combinatorial matrix consisting of metabolites and metal ions that co-assemble into unique supramolecular catalytic active sites, analogous to the organization of covalently bound residues and metal ions in conventional enzymes. The proposed work will involve advanced experimental and computational techniques, including artificial intelligence-driven predictive modelling based on functional, structural, and mechanistic data, to identify, optimize, and test the new nanozymes in various relevant application scenarios. Through this comprehensive study, we will not only identify and characterize highly efficient nanozymes, but also gain fundamental insights into the evolution of natural enzymes and design principles of catalytic nanomaterials. This high-risk/high-gain project has the potential to revolutionize the mimicking of enzymatic catalysis and develop robust, highly efficient, cost-effective, and eco-friendly catalytic assemblies.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2024-ADG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

TEL AVIV UNIVERSITY
Contribution nette de l'UE
€ 2 776 000,00
Coût total
Aucune donnée

Bénéficiaires (1)