Forskere designer et enzym til at syntetisere kulhydrater

Sukker- eller kulhydratsyntese er vigtig for udviklingen af ​​diagnostiske tests, vacciner og nye lægemidler. I en samarbejdsundersøgelse, forskere har syntetiseret kulhydrater med enzymer gennem en reaktion, der hidtil ikke var meget undersøgt på disse biomolekyler, og som skaber få biprodukter.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Naturens kemiske biologi , har været ledet af forskeren Carme Rovira, ICREA-forsker fra IQTCUB, og Benjamin G. Davis, fra University of Oxford. Undersøgelsen har også deltagelse af Javier Iglesias-Fernández, forsker i træning ved UB og førsteforfatter af undersøgelsen, hvor supercomputeren Mare Nostrum (fra Barcelona Supercomputing Center, BSC-CNS) blev brugt til at skabe multi-skala molekylær dynamik simuleringer.

Sukker- eller kulhydratsyntese i laboratoriet (konventionel kemisk syntese) er normalt dyrt og kræver meget arbejde; Derfor er der blevet gjort en masse indsats i de sidste år for at gøre det med enzymer, som er naturlige katalysatorer. Imidlertid, enzymerne, der syntetiserer sukker (kaldet glycosyltransferaser), er svære at manipulere. Dette er en hindring for udviklingen af ​​potentielle lægemidler, der kan bruges til at behandle adskillige sygdomme relateret til kulhydrataktive enzymer, såsom diabetes eller visse former for kræft.

I dag har den klassiske idé om kulhydrater som en energikilde ændret sig. Folk ved nu, at kulhydrater spiller en væsentlig rolle i mange molekylære processer i cellen, fra påvisning af patogene stoffer til cellulær kommunikation eller anti-inflammatorisk respons. Derfor er der stor interesse for design af lægemidler, der kopierer strukturen af ​​kulhydrater, da de let ville blive assimileret og genkendt af en del af det biologiske receptorsystem.

Nye enzymer, der går fra nedbrydende til at syntetisere kulhydrater

Nu har teamene fra Barcelona og Oxford fundet vejen til at modificere et enzym (glykosidase), som normalt nedbryder kulhydrater (det katalyserer hydrolysen i glykosidbindinger), så det virker omvendt og syntetiserer kulhydrater. "I øvrigt, denne syntese er nået med en ny reaktion, som endnu ikke var blevet observeret i glycosidase. Dette er en variation fra en reaktion kaldet front-face eller SNi-lignende" siger Carme Rovira. "Fordelen ved denne reaktion i glycosidase -fortsætter forskeren - er, at den laver syntesen på en ren måde, uden næsten at forårsage hydrolyserester og bruge økonomisk levedygtige substrater (sukker)". "Grundlæggende, vi brugte vores erfaring med enzymer, der syntetiserer kulhydrater til at anvende reaktionen på den ene side i andre enzymer med flere bioteknologiske muligheder," konkluderede forskeren. Hendes team (sites.google.com/site/roviralab/) opdagede de molekylære baser på den ene side mekanisme i enzymer i 2001.

I undersøgelsen, syntesen er blevet udført med et specifikt enzym, Sulfolobus solfataricus beta-glycosidase, men det kan anvendes på andre enzymer ved hjælp af en lignende ingeniørmetode for det aktive center.

Brug af enzymer, der nedbryder sukkerarter (glycosidhydrolaser), uden problemer med deres manipulation og som bekvemt kan ændres, som det fremgår af denne undersøgelse, repræsenterer, dermed, et lovende alternativ til at få nye kulhydrater.