Forscher schaffen Enzyme From Scratch

Enzyme sind die Arbeitstiere der Zelle - und alle biologischen Systeme. Diese spezialisierten Proteinen in Bewegung gesetzt alle der Zellen chemische Reaktionen, sicherstellen, dass sie auf biochemischer Ebene schnell genug für das Leben laufen, um fortzufahren. Jedes Enzym richtet genau mit den zellulären Prozessen regulieren. Dank Evolution, unsere Welt ist voll von diesen sorgfältig gut geeignet Proteinen. Eine Studie, veröffentlicht Anfang dieses Jahres von Ann Donnelly, ein Forschungs Spezialist in der Institut für Biomedizinische Informatik, hat ergeben, dass Wissenschaftler Enzyme von Grund auf neu erstellen können.

Das Studie wurde im Januar in Nature Chemical Biology veröffentlicht. Donnelly, die kamen zu Pitt in 2017, hat die Arbeit als Doktorand im Labor von Michael Hecht in Princeton.

„Wir haben gezeigt, dass Sie neue Proteinsequenzen nehmen können, die Natur vor und sie noch nie gesehen hat in natürlichen Systemen setzen - und sie funktionieren können,“Donnelly erklärt.

Die Ergebnisse weisen auf einige faszinierende Dimensionen unserer Urgeschichte, Sie sagt: Nämlich, die Reaktionen, die frühe zelluläre Prozesse waren viel flexibler geregelt, als sie sind jetzt. „Die Enzyme wir heute sehen, haben viele evolutionäre Gepäck und haben verfeinert wirklich die Dinge zu tun, sie tun,“Donnelly sagt.

Aber Lösungen Entwicklung waren nicht die einzigen,, es stellt sich heraus. „Unsere Arbeit legt nahe, es ist möglich, zu ersetzen, was wir jetzt mit etwas ganz anderes.“

Der synthetische Enzym Syn-F4 war einer von einem großen Stapel gemacht in Hecht Labor vor einem Jahrzehnte. Die Gruppe produziert synthetische Proteine ​​routinemßig, Entwerfen sie zu einem Faltmuster ein Vier-Helix-Bündel und Testen sie dann in mutierten Stämmen des Bakteriums Escherichia coli genannt konform. Die Idee ist, um zu sehen, ob irgendeines der synthetischen Enzyme, die sie machen können die Funktionen von E ersetzen. coli Gene, die geklopft worden sind. Und manchmal sind die künstlichen Versionen funktionieren. Meist kommen sie ins Spiel in eine Prise - durch auf zelluläre Prozesse, die für die Schaltfunktionen ähnlich zu dem, was genannt haben.

„Aber der Fall mit Syn-F4 war ein wenig anders,“Donnelly sagt.

Syn-F4 und seine synthetischen Kohorte wurden entwickelt für eine E zu füllen. coli Enzym namens Fes, die durch eine Mutation hobbled worden war. Die Aufgabe von Fes ist Eisen aus einer Verbindung in E zu lösen. coli, die das Metall aus der Umgebung NABS, so dass es für ein gesundes Wachstum in der Zelle verwendet werden kann,. ohne Fes, die Bakterienkolonien wachsen schlecht, Sprenkeln mit roten wie Eisen baut um sie herum. Aber wenn Donnelly hinzugefügt Syn-F4 auf diese kränklich Kolonien, die rote begann zu verschwinden, Zurückführen der E. coli seinen gesunden Zustand. „Es war klar wie der Tag," Sie sagt. „Es war unglaublich für mich, dies geschieht in Echtzeit zu sehen.“

so unglaublich, eigentlich, dass sie hielt Mama darüber, bis sie die Feststellung mehrmals wiederholt hatte,. Zusätzlich zum Testen des synthetischen Proteins im lebenden Bakterien, sie vermischt es auch mit seinem Eisen erregenden Substrat direkt und biochemisch analysiert die anschließende Reaktion.

Später, sie gezwickt das Substrat durch seine Ausrichtung chemisch Umkehren. Sie fand, dass diese Syn-F4 verhindert seine Magie Arbeits, seine Spezifität zeigt, und die Idee unterstützt, dass es als ein Enzym funktioniert.

Es war unglaublich für mich, dies geschieht in Echtzeit zu sehen.

Ann Donnelly, Forschung Fach

Was ist interessant, sagt Donnelly, ist, dass das natürliche Enzym und die künstlichen ganz anders aussehen. Die natürliche ist etwa viermal so groß, und es ist bekannt, auf das Substrat durch eine Website zu verbinden, das die Aminosäure Serin enthält. Das künstliche Enzym, obwohl, hat keine Serinrest in es überhaupt.

„Es ist schwierig, genau zu ermitteln, wie es funktioniert, aber mindestens wissen wir, dass sie die Reaktion auf die gleiche Weise nicht sind katalysieren.“

In diesen Tagen bei Pitt, im Labor von Erik Wright, ein Assistent Professor für Biomedizinische Informatik, Donnelly mit ihrem Einfallsreichtum auf eine neue Herausforderung konzentrieren: zu verstehen, wie Krankheitserreger gegen Antibiotika resistent geworden entwickeln.

Quelle: www.pittwire.pitt.edu