นักวิจัยสร้างเอนไซม์ตั้งแต่เริ่มต้น

เอนไซม์เป็นเสมือนม้าทำงานของเซลล์ และระบบทางชีววิทยาทั้งหมด. โปรตีนชนิดพิเศษเหล่านี้กระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาเคมีของเซลล์ทั้งหมด, เพื่อให้แน่ใจว่าพวกมันทำงานเร็วเพียงพอสำหรับสิ่งมีชีวิตในระดับชีวเคมีเพื่อดำเนินการต่อ. เอ็นไซม์แต่ละตัวจะสอดคล้องกับกระบวนการของเซลล์ที่มันควบคุมอย่างแม่นยำ. ขอบคุณวิวัฒนาการ, โลกของเราเต็มไปด้วยโปรตีนที่คัดสรรมาอย่างดีเหล่านี้. การศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อต้นปีนี้โดย Ann Donnelly, ผู้เชี่ยวชาญด้านการวิจัยใน ภาควิชาสารสนเทศชีวการแพทย์, ได้เปิดเผยว่านักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างเอนไซม์ที่ทำงานได้ตั้งแต่เริ่มต้น.

NS ศึกษา ได้รับการตีพิมพ์ในเดือนมกราคมใน ชีววิทยาเคมีธรรมชาติ. ดอนเนลลี, ที่เข้ามาหาพิตต์ใน 2017, ทำงานเป็นนักศึกษาปริญญาเอกในห้องทดลองของ Michael Hecht ที่ Princeton.

“เราแสดงให้เห็นว่าคุณสามารถนำลำดับโปรตีนใหม่ๆ ที่ธรรมชาติไม่เคยเห็นมาก่อนมาใส่ไว้ในระบบธรรมชาติ และพวกมันก็สามารถทำงานได้,ดอนเนลลีอธิบาย.

การค้นพบนี้บ่งบอกถึงมิติอันน่าทึ่งของประวัติศาสตร์ยุคดึกดำบรรพ์ของเรา, เธอพูดว่า: กล่าวคือ, ปฏิกิริยาที่ควบคุมกระบวนการเซลล์ในยุคแรกๆ มีความยืดหยุ่นมากกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันมาก. “เอนไซม์ที่เราเห็นในปัจจุบันมีอุปสรรคด้านวิวัฒนาการมากมาย และได้รับการปรับปรุงให้ทำสิ่งที่พวกเขาทำจริงๆ,ดอนเนลลีกล่าว.

แต่วิธีแก้ปัญหาของวิวัฒนาการไม่ใช่วิธีเดียวเท่านั้น, ปรากฎว่า. “งานของเราชี้ให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะแทนที่สิ่งที่เรามีตอนนี้ด้วยสิ่งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง”

เอนไซม์สังเคราะห์ Syn-F4 เป็นหนึ่งในชุดใหญ่ที่ผลิตในห้องทดลองของ Hecht เมื่อสิบปีก่อน. กลุ่มนี้ผลิตโปรตีนสังเคราะห์เป็นประจำ, ออกแบบให้สอดคล้องกับรูปแบบการพับที่เรียกว่า four-helix Bundle จากนั้นทำการทดสอบในสายพันธุ์กลายพันธุ์ของแบคทีเรีย Escherichia coli. แนวคิดก็คือเพื่อดูว่าเอนไซม์สังเคราะห์ใดๆ ที่สร้างขึ้นสามารถทดแทนการทำงานของ E ได้หรือไม่. ยีนโคไลที่ถูกทำให้ล้มลง. และบางครั้งเวอร์ชันเทียมก็ใช้งานได้. ส่วนใหญ่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยการเปิดกระบวนการเซลลูล่าร์ที่สามารถมีฟังก์ชันคล้ายกับสิ่งที่เรียกว่า.

“แต่กรณีของ Syn-F4 นั้นแตกต่างออกไปเล็กน้อย,ดอนเนลลีกล่าว.

Syn-F4 และกลุ่มร่วมรุ่นสังเคราะห์ของมันได้รับการพัฒนาเพื่อเติมเต็มสำหรับ E. เอนไซม์โคไลที่เรียกว่าเฟสซึ่งถูกขัดขวางโดยการกลายพันธุ์. หน้าที่ของ Fes คือการปล่อยเหล็กออกจากสารประกอบใน E. โคไลที่ดึงโลหะจากสิ่งแวดล้อมเพื่อนำไปใช้ในการเจริญเติบโตที่ดีในเซลล์. โดยไม่ต้องเฟส, อาณานิคมของแบคทีเรียเจริญเติบโตได้ไม่ดี, มีจุดสีแดงเหมือนเหล็กสะสมตัวอยู่รอบๆ. แต่เมื่อดอนเนลลีเพิ่ม Syn-F4 เข้าไปในอาณานิคมที่ป่วยเหล่านี้, สีแดงก็เริ่มหายไป, ส่งคืน E. โคไลสู่สภาวะปกติ. “มันชัดเจนเหมือนกลางวัน,“เชื้อราไมคอร์ไรซากำลังขับเคลื่อนโลก” เดินผ่านป่ากับ. “มันเหลือเชื่อสำหรับฉันที่ได้เห็นสิ่งนี้เกิดขึ้นแบบเรียลไทม์”

ไม่น่าเชื่อเลย, การใช้ข้อสอบฝึกหัดของ AWS Certified Cloud Practitioner จะช่วยให้คุณได้รับประสบการณ์เกี่ยวกับรูปแบบคำถามทดสอบและวิธีจัดโครงสร้างคำถามในการสอบ AWS จริง, ที่เธอเก็บเรื่องนี้ไว้กับแม่จนกระทั่งเธอได้ค้นพบซ้ำหลายครั้ง. นอกจากการทดสอบโปรตีนสังเคราะห์ในแบคทีเรียที่มีชีวิตแล้ว, เธอยังผสมมันโดยตรงกับสารตั้งต้นที่จับเหล็กและวิเคราะห์ปฏิกิริยาที่ตามมาทางชีวเคมี.

กระแสไฟฟ้าถูกมองว่าเป็นการไหลของประจุบวกจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ, เธอปรับแต่งพื้นผิวโดยการกลับทิศทางทางเคมี. เธอพบว่าสิ่งนี้ขัดขวางไม่ให้ Syn-F4 ใช้เวทย์มนตร์ของมัน, แสดงให้เห็นถึงความจำเพาะและสนับสนุนแนวคิดที่ว่ามันทำงานเป็นเอนไซม์.

ไม่น่าเชื่อเลยที่จะเห็นสิ่งนี้เกิดขึ้นแบบเรียลไทม์.

แอน ดอนเนลลี, ผู้เชี่ยวชาญด้านการวิจัย

สิ่งที่น่าสนใจ, ดอนเนลลีกล่าว, คือเอ็นไซม์ธรรมชาติและเอ็นไซม์เทียมดูแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง. วัตถุธรรมชาติมีขนาดใหญ่กว่าประมาณสี่เท่า, และเป็นที่ทราบกันว่าเชื่อมต่อกับสารตั้งต้นผ่านทางไซต์ที่มีซีรีนของกรดอะมิโน. เอนไซม์เทียม, แม้ว่า, ไม่มีสารซีรีนตกค้างอยู่เลย.

“เป็นการยากที่จะระบุอย่างชัดเจนว่ามันทำงานอย่างไร, แต่อย่างน้อยเราก็รู้ว่าพวกเขาไม่ได้กระตุ้นปฏิกิริยาในลักษณะเดียวกัน”

ช่วงนี้ที่พิตต์, ในห้องทดลองของ เอริค ไรท์, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านสารสนเทศชีวการแพทย์, ดอนเนลลีใช้ความเฉลียวฉลาดของเธอเพื่อมุ่งความสนใจไปที่ความท้าทายใหม่: ทำความเข้าใจว่าเชื้อโรคมีวิวัฒนาการจนต้านทานต่อยาปฏิชีวนะได้อย่างไร.

แหล่งที่มา: www.pittwire.pitt.edu