Enzym fra briny dyb genopstod i laboratoriet

Mystiske mikrober, der trives i varme og super-salte saltlagesøer på bunden af ​​Det Røde Hav, kunne give en skatkammer af nye enzymer til industrielle anvendelser - hvis bare videnskabsmænd havde adgang til deres biologiske overskud.

En ny undersøgelse ledet af KAUST-forskere beskriver nu en måde at udnytte denne enorme uudnyttede ressource på.

Nuværende metoder er afhængige af dyrkning af mikrober i laboratoriet for at studere deres egenskaber. Imidlertid, de fleste mikrober kan ikke dyrkes og undgår dermed videnskabelig undersøgelse. I stedet, forskere fra KAUST og det tekniske universitet i München (TUM) i Tyskland genopstod og testede specifikke proteiner fra såkaldte single-amplified genomes (SAG'er) - hele genomer ekstraheret fra en enkelt fanget mikrobiel celle.

"Dette er første gang, at SAG'er er blevet brugt til at producere proteiner, " siger første forfatter, Stefan Grötzinger, en ph.d.-studerende, der arbejder på både KAUST og TUM. "Beviset for, at proteiner med ønskede funktioner kan opnås fra SAG'er, kunne ændre den måde, vi søger efter nye enzymer på."

Grötzinger og hans kolleger - ledet af KAUST strukturbiolog Stefan Arold med Jörg Eppinger, en kemiker tidligere ved KAUST, og TUM-forskerne Dirk Weuster-Botz og Michael Groll - startede med en mikrobiel celle, der blev loddet fra en saltlagepool beliggende 80 km fra Jeddahs kyst og 2, 000 m under Rødehavets overflade. Fra sin SAG, de identificerede beregningsmæssigt et gen, der koder for en af ​​mikrobens alkoholdehydrogenaser (ADH'er), et enzym, der almindeligvis anvendes i fødevarer, farmaceutiske og kemiske industrier.

Forskerne forsøgte først at udtrykke dette enzym i Escherichia coli, en fælles bakteriel platform for proteinproduktion, men denne tilgang producerede ikke nyttige proteiner. De henvendte sig derefter til en anden mikrobe, der lever i et meget saltholdigt miljø, og som også kan dyrkes i laboratoriet. I denne mikrobe, det lykkedes dem at opnå nok af ADH-proteinet til at de kunne udlede dets tredimensionelle struktur gennem røntgenkrystallografi og udføre en fuldstændig biokemisk karakterisering, inklusive dets enzymatiske egenskaber.

Deres analyser afslørede karakteristika, der formentlig er opstået som tilpasninger til livet i det varme og salte hav. For eksempel, proteinet virker under ekstremt høje koncentrationer af organisk opløsningsmiddel, tolererer høje temperaturer og kan frysetørres - alle funktioner, der gør enzymet attraktivt til kommercielle industrielle applikationer, siger Grötzinger.

Men mere generelt, tilføjer han, undersøgelsen giver en køreplan for, hvordan man kan udvinde de molekylære rigdomme af organismer, der findes i ekstreme miljøer. Plus, det er et eksempel på internationalt og lokalt samarbejde, forene videnskabsmænd i Tyskland og Saudi-Arabien, med samarbejde fra tre enheder i KAUST:Biologisk og Miljøvidenskab og Ingeniørafdeling, Computational Bioscience Research Center og Catalysis Center.