Nacimiento de una enzima

La humanidad triunfó en una “competencia reciente” contra la naturaleza cuando los científicos tuvieron éxito en crear un nuevo tipo de enzima para una reacción para la cual ninguna enzima natural se ha desarrollado.

Este logro abre la puerta en el revelado de una variedad de usos potenciales en remedio e industria.

Las enzimas son, sin una duda, un modelo valioso para entender los trabajos complejos de la naturaleza. Estas máquinas moleculares - que sin ellas, vida no existirían - son responsables de iniciar reacciones químicas dentro de la carrocería. Millones de años de selección natural han ajustado la actividad de tales enzimas, permitiendo que las reacciones químicas ocurran millones de épocas más rápidamente. Para crear las enzimas artificiales, una comprensión completa de la estructura de enzimas naturales, su manera de la acción, así como las técnicas avanzadas de la ingeniería de la proteína es necesarias. Las personas de científicos de la universidad de Washington, de Seattle, y del instituto de la ciencia, Israel de Weizmann, hicieron una ruptura crucial hacia este esfuerzo. Sus conclusión se han publicado recientemente en la naturaleza del gorrón científico.

Las enzimas son los catalizadores biológicos que se hacen de una cadena de aminoácidos, que doblan en las estructuras tridimensionales específicas de la proteína. El objetivo de los científicos era crear una enzima para una reacción química específica por el que un protón (sería beneficiosa a positivo - átomo de hidrógeno cargado) se quita del carbono - un paso altamente exigente de la reacción y de la régimen-determinación en los procesos numerosos para los cuales ningunas enzimas existen actualmente, pero los cuales en la ayuda acelerar la reacción. Durante el primer calor de la “competencia,” el equipo de investigación diseñó el “corazón” de la máquina enzimática - el sitio activo - donde ocurren las reacciones químicas.

El segundo calor de la competencia era diseñar la espina dorsal de la enzima, es decir, para determinar la serie de los 200 aminoácidos que componen la estructura de la proteína. Ésta no era ninguna hazaña fácil que veía pues hay un número infinito de maneras de arreglar 20 diversos tipos de aminoácidos en cadenas de 200. Pero en la práctica, solamente un número limitado de posibilidades está disponible como la serie de aminoácidos determina la estructura de la enzima, que a su vez, determina su actividad específica. Profesor David Baker de la universidad de Washington, Seattle, metodologías de cómputo nuevas usadas para explorar decenas de miles de posibilidades de la serie, determinando cerca de 60 enzimas de cómputo diseñadas que tenían el potencial de realizar la actividad prevista. De estas 60 series probadas, ocho avance al “redondo siguiente” que muestra actividad biológica. De estos ocho, que seguían habiendo tres series consiguieron a través al “estadio final,” que demostró ser el más activo. DRS. Orly Dym y Shira Albeck del departamento de la biología estructural del instituto de Weizmann resolvieron la estructura de uno de los contendientes finales, y confirmaron que las enzimas creadas eran casi idénticas al diseño de cómputo previsto.

Pero la eficiencia de las nuevas enzimas no podría comparar al de las enzimas naturales que se han desarrollado sobre millones de años. Aquí es donde estaba la “humanidad” al borde de perder la competencia a la naturaleza, hasta que caminaran profesor Dan Tawfik y el estudiante de investigación Olga Khersonsky del departamento de la química biológica del instituto de Weizmann hacia adentro, por el que desarrollaran un método permitiendo que las enzimas sintetizadas experimenten la “evolución en un tubo de ensayo” esa evolución natural de los imitadores. Su método se basa en los cartuchos relanzados de las mutaciones al azar seguidas explorando las enzimas del mutante para encontrar a los que mostraron la mayoría de la mejoría en eficiencia. Estas enzimas entonces experimentaron otros cartuchos de la mutación y de la investigación. Los resultados muestran que toma solamente siete cartuchos de evolución en un tubo de ensayo para perfeccionar el doblez de la eficiencia 200 de las enzimas comparado con la eficiencia del patrón computador-diseñado, dando por resultado un aumento del millón-doblez en los regímenes de reacción comparados con los que ocurran en ausencia de una enzima.

Los científicos encontraron que las mutaciones que ocurrían en el área que rodeaba el sitio activo de la enzima causaron los cambios estructurales de menor importancia, que a su vez, dieron lugar a un régimen de reacción química creciente. Estas mutaciones por lo tanto parecen corregir defectos en el diseño de cómputo, vertiendo la luz en qué pudo faltar en los diseños originales. Otras mutaciones aumentaron la adaptabilidad de las enzimas, que ayudaron a aumentar la velocidad de la baja del substrato del sitio activo.

“Reproducir los funcionamientos impresionantes de enzimas naturales es una tarea de enormes proporciones, pero la combinación del diseño de cómputo y la evolución in vitro molecular abren nuevos horizontes en la creación de enzimas sintetizadas,” dice Tawfik. Los “gracias a esta investigación, hemos ganado una mejor comprensión de la estructura de enzimas así como de su manera de la acción. Esto, a su vez, permitirá que diseñemos y crear las enzimas en las cuales la naturaleza sí mismo “no había pensado”, tales como la cual se podría utilizar en diversos procesos, los venenos la neutralización, el remedio que se convertía, así como para muchos otros usos potenciales.”