Chercheur Crée Enzymes From Scratch

Les enzymes sont les chevaux de bataille de la cellule - et de tous les systèmes biologiques. Ces protéines spécialisées mises en mouvement toutes les réactions chimiques des cellules, faire en sorte qu'ils fonctionnent assez vite pour la vie à un niveau biochimique de procéder. Chaque enzyme aligne précisément les processus cellulaires qu'il réglemente. Merci à l'évolution, notre monde est plein de ces protéines méticuleusement bien adaptées. Une étude publiée plus tôt cette année par Ann Donnelly, un spécialiste de la recherche dans le Département d'informatique biomédicale, a révélé que les scientifiques peuvent créer des enzymes qui travaillent à partir de zéro.

le étude a été publié en janvier dans Nature Chemical Biology. Donnelly, qui est venu à Pitt 2017, a fait le travail en tant que doctorant dans le laboratoire de Michael Hecht à Princeton.

« Nous avons montré que vous pouvez prendre des séquences de protéines nouvelles que la nature n'a jamais vu auparavant et de les mettre dans les systèmes naturels - et ils peuvent fonctionner,» Donnelly explique.

Les résultats laissent entrevoir certaines dimensions fascinantes de notre histoire primordiale, elle dit: À savoir, les réactions qui ont présidé au début des processus cellulaires étaient beaucoup plus souples que maintenant. « Les enzymes que nous voyons aujourd'hui ont beaucoup de bagages et d'évolution ont été vraiment raffiné pour faire les choses qu'ils font,», Dit Donnelly.

Mais les solutions de l'évolution ne sont pas les seuls, il s'avère. « Notre travail suggère qu'il est possible de remplacer ce que nous avons maintenant quelque chose de complètement différent. »

L'enzyme synthétique Syn-F4 a été l'un d'un grand lot fait dans le laboratoire de Hecht il y a dix ans. Le groupe produit régulièrement des protéines synthétiques, leur conception pour se conformer à un modèle de pliage appelé un faisceau de quatre hélices, puis de les tester dans des souches mutées de la bactérie Escherichia coli. L'idée est de voir si l'une des enzymes de synthèse, ils font peut remplacer les fonctions de E. coli des gènes qui ont été éliminés. Et parfois, les versions artificielles ne fonctionnent. La plupart du temps, ils entrent en jeu dans un pincement - en activant les processus cellulaires qui peuvent avoir des fonctions similaires à ce qu'on appelle à.

« Mais le cas avec Syn-F4 était un peu différent,», Dit Donnelly.

Syn-F4 et sa cohorte synthétique ont été évolué pour remplir un E. coli enzyme appelée Fes qui avait été entravée par une mutation. Le travail de Fes est de libérer le fer à partir d'un composé dans E. coli qui NABS le métal de l'environnement afin qu'il puisse être utilisé pour une croissance saine dans la cellule. sans Fès, les colonies bactériennes se développent mal, moucheté de rouge que le fer se forme autour d'eux. Mais quand Donnelly a ajouté Syn-F4 à ces colonies malades, le rouge a commencé à disparaître, retour E. coli à son état de santé. « Il était clair que le jour," elle dit. « Il était incroyable pour moi de voir ce qui se passe en temps réel. »

Donc, incroyable, En réalité, qu'elle gardait maman à ce sujet jusqu'à ce qu'elle avait répété à plusieurs reprises la conclusion. En plus de tester la protéine synthétique dans les bactéries vivantes, elle le mélange directement avec son substrat accaparement fer et analysé biochimiquement la réaction qui s'ensuit.

Plus tard, elle tordu le substrat en inversant son orientation chimiquement. Elle a constaté que cela empêchait Syn-F4 de travailler sa magie, démontrant sa spécificité et de soutenir l'idée qu'il travaillait comme une enzyme.

Il était incroyable pour moi de voir ce qui se passe en temps réel.

Ann Donnelly, spécialiste de la recherche

Ce qui est intéressant, dit Donnelly, est que l'enzyme naturelle et artificielle complètement différentes. Le naturel est environ quatre fois plus grand, et il est connu de connecter le substrat à travers un site qui comprend l'acide aminé serine. L'enzyme artificielle, bien que, n'a pas résidu sérine en ce que ce soit.

« Il est difficile de déterminer exactement comment il fonctionne, mais au moins nous savons qu'ils ne sont pas catalysant la réaction de la même manière « .

Ces jours-ci à Pitt, dans le laboratoire de Erik Wright, professeur adjoint de l'informatique biomédicale, Donnelly en utilisant son ingéniosité pour se concentrer sur un nouveau défi: comprendre comment les agents pathogènes évoluent pour devenir résistantes aux antibiotiques.

La source: www.pittwire.pitt.edu