Gamle enzymer kan bidrage til grønnere kemi

Et forskerhold ved Uppsala Universitet har genoplivet flere milliarder år gamle enzymer og omprogrammeret dem til at katalysere helt andre kemiske reaktioner, end deres moderne versioner kan klare. Metoden kan bruges til at udvikle bæredygtige løsninger inden for bioteknologi, såsom til enzymbioreaktorer eller til kemisk at nedbryde miljøgifte. Undersøgelsen er offentliggjort i Kemisk Videnskab .

"Vi bruger software til at simulere milliarder af års evolution, og vi var faktisk i stand til at udvikle et effektivt enzym, der kan katalysere en helt ny reaktion. Det er utrolig spændende, " siger Lynn Kamerlin, som leder forskerholdet ved Uppsala Universitet.

Enzymer har evnen til at katalysere, dvs. fremskynde, udfordrende kemiske reaktioner fra millioner af år til en brøkdel af et sekund uden selv at blive fortæret. De er også biologisk nedbrydelige og har et minimalt kulstofaftryk. De fleste enzymer er katalysatorer for en specifik kemisk reaktion, som tjener en vigtig funktion i biologiske processer, for eksempel i vores kroppe.

Inden for bioteknologi, Der arbejdes intensivt på at udvikle nye enzymer, der kan katalysere usædvanlige reaktioner for grøn kemi, bæredygtig katalyse og kemisk nedbrydning af miljøgiftige stoffer.

Forskerholdet ved Uppsala Universitet har arbejdet sammen med kolleger ved Universidad de Granada i Spanien for at genoplive forfædres enzymer, først på en computer, og så i laboratoriet. De primitive enzymer har mange egenskaber, som er ønskelige inden for bioteknologi. De kan modstå ekstreme temperaturer, og de er strukturelt mere fleksible, hvilket gør dem nemmere at ændre end deres moderne ækvivalenter.

Det lykkedes forskerne at genbruge ældgamle antibiotika-nedbrydende enzymer til at katalysere en helt ny ikke-naturlig reaktion. Men selvom de genbrugte enzymer fremskyndede reaktionen betydeligt, det var meget langsommere end de fleste naturligt forekommende enzymer.

Derfor, at forbedre effektiviteten af ​​enzymet, forskerne brugte kraftige computere til at beregne, hvilke ændringer i strukturen, der ville resultere i en hurtigere reaktion. De brugte en ny metode kaldet FuncLib, som bruger en kombination af evolutionær information og beregninger af proteinstabilitet, at forudsige mere effektive enzymvarianter.

I alt 3, 000 potentielle nye enzymvarianter blev forudsagt af FuncLib, og de 20 mest lovende af disse blev testet i laboratoriet. Af disse, fire var meget hurtigere end det oprindelige enzym. Det bedste var lige så effektivt som det gennemsnitlige moderne, naturligt forekommende enzymer.

"Vores undersøgelse viser, at det er muligt at designe nye, effektive enzymer til en mere bæredygtig fremtid, " siger Lynn Kamerlin.