Onderzoeker Maakt Enzymen From Scratch

Enzymen zijn de werkpaarden van de cel - en van alle biologische systemen. Deze gespecialiseerde eiwitten in beweging alle cellen chemische reacties, zorg ervoor dat ze lopen snel genoeg voor het leven op een biochemisch niveau door te gaan. Elk enzym precies in lijn is met de cellulaire processen regelt. Met dank aan de evolutie, onze wereld is vol van deze zorgvuldig goed geschikt eiwitten. Een studie gepubliceerd die eerder dit jaar door Ann Donnelly, een onderzoek specialist in het Afdeling Biomedische Informatica, is gebleken dat wetenschappers die werkzaam zijn enzymen vanuit het niets kunnen creëren.

De studie verscheen in januari in Nature Chemical Biology. Donnelly, die naar Pitt kwam in 2017, deed het werk als promovendus in het lab van Michael Hecht aan Princeton.

“We toonden aan dat u nieuwe eiwit-sequenties die de natuur nog nooit eerder heeft gezien kan nemen en ze in natuurlijke systemen - en ze kunnen functioneren,”Donnelly, legt.

De bevindingen wijzen op een aantal fascinerende aspecten van onze oer-geschiedenis, ze zegt: Namelijk, de reacties die vroege cellulaire processen beheerst waren veel flexibeler dan ze nu zijn. “De enzymen die we vandaag zien hebben veel van evolutionaire bagage en zijn echt verfijnd om de dingen die ze doen,”Donnelly zegt.

Maar oplossingen evolutie waren niet de enigen, het blijkt. “Ons werk suggereert dat het mogelijk is om te vervangen wat we nu hebben met iets heel anders.”

De synthetische enzym Syn-F4 was één van een grote partij in Hecht het lab een decennium geleden. De groep produceert routinematig synthetische eiwitten, ze te ontwerpen om te voldoen aan een vouwpatroon zogenaamde vier-helix bundel en vervolgens te testen in gemuteerde stammen van de bacterie Escherichia coli. Het idee is om te zien of een van de synthetische enzymen die ze maken van de functies van E kan vervangen. coli genen die zijn uitgeschakeld. En soms de kunstmatige versies werken. Meestal komen ze in het spel in een snuifje - door het inschakelen van cellulaire processen die functies vergelijkbaar met wat heet voor kan hebben.

“Maar het geval met Syn-F4 was een beetje anders,”Donnelly zegt.

Syn-F4 en zijn synthetische cohort werden ontwikkeld om in te vullen voor een E. coli enzym genaamd Fes die waren strompelde door een mutatie. De taak van Fes is om ijzer los te maken van een verbinding in E. coli dat het metaal uit de omgeving NABS, zodat het kan worden gebruikt voor een gezonde groei in de cel. zonder Fes, de bacteriële koloniën slecht groeien, speckling met rood als ijzer opbouwt om hen heen. Maar wanneer Donnelly Syn-F4 toegevoegd aan deze ziekelijke kolonies, de rode begon te verdwijnen, retourneren van de E. coli naar zijn gezonde toestand. “Het was duidelijk als de dag," ze zegt. “Het was ongelooflijk voor mij om dit gebeurt in real-time te zien.”

zo ongelooflijk, eigenlijk, dat ze hield moeder erover totdat ze het vinden meerdere keren had herhaald. Naast het testen van de synthetische eiwit in levende bacteriën, zij geschonken ook direct met ijzer grijpen substraat en biochemisch de daaropvolgende reactie geanalyseerd.

Later, ze geknepen het substraat door chemische omkeren van de oriëntatie. Ze vond dat dit vermeden Syn-F4 van het werken zijn magie, demonstreren de specificiteit en ondersteunen het idee dat werkte als een enzym.

Het was ongelooflijk voor mij om dit gebeurt in real-time te zien.

Ann Donnelly, research specialist

Wat is interessant, zegt Donnelly, is dat het natuurlijke enzym en de kunstmatige er helemaal anders uitzien. De natuurlijke een is ongeveer vier keer zo groot, en het is bekend om verbinding met het substraat door een site die het aminozuur serine omvat. De kunstmatige enzym, hoewel, geen serinerest daarin ook.

“Het is moeilijk om vast te stellen hoe het precies werkt, maar minimaal weten we dat ze niet katalyseren van de reactie op dezelfde manier.”

Deze dagen bij Pitt, in het laboratorium van Erik Wright, een assistent professor in de biomedische informatica, Donnelly's met behulp van haar vindingrijkheid om zich te concentreren op een nieuwe uitdaging: begrijpen hoe ziekteverwekkers evolueren om resistent zijn tegen antibiotica.

Bron: www.pittwire.pitt.edu