Die Menschheit gesiegt kürzlich in einem "Wettbewerb" gegen die Natur, als Wissenschaftler bei der Schaffung einer neuen Art von Enzym für eine Reaktion, für die keine natürlich vorkommenden Enzym hat sich weiterentwickelt gelungen.
Dieser Erfolg öffnet die Tür für die Entwicklung einer Vielzahl von potenziellen Anwendungen in Medizin und Industrie.
Enzyme sind, ohne Zweifel ein wertvolles Modell für das Verständnis der komplizierten Werke der Natur. Diese molekularen Maschinen -, die das Leben nicht ohne existieren würde - sind verantwortlich für die Einleitung chemischer Reaktionen innerhalb des Körpers. Millionen von Jahren der natürlichen Selektion haben Feinabstimmung der Aktivität solcher Enzyme, so dass chemische Reaktionen stattfinden Millionen Mal schneller erfolgen. Um künstliche Enzyme, ein umfassendes Verständnis der Struktur der natürlichen Enzyme und ihre Wirkungsweise, sowie fortschrittliche Protein-Engineering-Techniken zu erstellen, benötigt wird. Ein Team von Wissenschaftlern der University of Washington, Seattle, und das Weizmann Institute of Science, Israel, haben einen entscheidenden Durchbruch in Richtung dieses Unterfangen gemacht. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht worden.
Enzyme sind biologische Katalysatoren, die aus einer Kette von Aminosäuren, die in spezifische dreidimensionale Proteinstrukturen fach hergestellt werden. Die Wissenschaftler hatten das Ziel, ein Enzym für einen bestimmten chemischen Reaktion, wobei ein Proton (ein positiv geladenes Wasserstoffatom) aus Kohlenstoff entfernt ist zu schaffen - eine sehr anspruchsvolle Reaktion und geschwindigkeitsbestimmenden Schritt in zahlreiche Prozesse, für die keine Enzyme zur Verfügung steht, sondern die Vorteil wäre bei der Unterstützung zur Beschleunigung der Reaktion. Das aktive Zentrum - - wo die chemischen Reaktionen stattfinden Während der ersten Hitze des "Wettbewerbs", das Forschungsteam das "Herz" der enzymatischen Maschine konzipiert.
Der zweite Lauf des Wettbewerbs war es, die das Rückgrat des Enzyms Design, dh die Sequenz der 200 Aminosäuren, aus denen die Struktur des Proteins zu bestimmen. Das war kein leichtes Unterfangen, da gibt es eine unendliche Zahl von Möglichkeiten, um 20 verschiedene Arten von Aminosäuren in Strings von 200 zu vereinbaren. Aber in der Praxis sind nur eine begrenzte Anzahl von Möglichkeiten, wie die Abfolge der Aminosäuren bestimmt die Struktur des Enzyms, das wiederum bestimmt seine spezifische Aktivität. Prof. David Baker von der University of Washington, Seattle, verwendet neue Berechnungsmethoden für zehntausende von Sequenz-Möglichkeiten zu scannen, zu identifizieren rund 60 rechnerisch ausgelegt Enzyme, die das Potenzial für die Durchführung der geplanten Tätigkeit hatte. Von den 60 getesteten Sequenzen, fortschrittliche acht bis die nächste "Runde" mit biologischer Aktivität zeigten. Von diesen verbleibenden acht, bekam drei Sequenzen, die "Endphase", die zu den aktivsten erwiesen. Drs. Orly Dym und Shira Albeck für Strukturbiologie am Weizmann Institut Abteilung löste die Struktur einer der Finalisten, und bestätigte, dass die Enzyme erzeugt fast identisch mit dem vorhergesagten Computational Design wurden.
Aber die Effizienz der neuen Enzyme konnte nicht an, dass der natürlich vorkommende Enzyme, die über Millionen von Jahren entwickelt haben zu vergleichen. Dies ist, wo die "Menschheit" war am Rande des Verlustes des Wettbewerbs zur Natur, bis Prof. Dan Tawfik und Forschung Studentin Olga Chersonski of Biological Chemistry des Weizmann Instituts Abteilung trat ein und konnten sich auf ein Verfahren erlaubt die synthetische Enzyme zu unterziehen entwickeln " Evolution im Reagenzglas ", die natürliche Evolution nachahmt. Ihre Methode beruht auf wiederholten Runden zufällige Mutationen, durch das Scannen des mutierten Enzyme, die diejenigen, die Verbesserung der Effizienz zeigte finden, gefolgt basiert. Diese Enzyme durchliefen dann weitere Runden der Mutation und Screening. Die Ergebnisse zeigen, dass es nur sieben Runden der Evolution nimmt in einem Reagenzglas, um die Enzyme die Effizienz 200-fache Verbesserung, verglichen mit der Effizienz der Computer entworfene Vorlage, was zu einer Millionen-fache Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu denen, die nehmen in Abwesenheit eines Enzyms.