Расшифрован механизм фермента для создания «алгинатов по заказу»

Международная команда под руководством Университета Барселоны расшифровала механизм работы фермента альгинатлиазы (AL), способного разлагать биоматериалы из бурых водорослей — альгинаты. Это открывает путь к созданию «алгинатов по заказу» для биотехнологий, особенно в пищевой и биомедицинской отраслях.

Проблема и решение

Альгинаты — полимеры из сахаров с высокой плотностью и прочностью — имеют огромный потенциал в качестве носителей лекарств, добавок или загустителей. Однако их природная неоднородность (смесь маннуроновой и гулуроновой кислот в разных пропорциях) ограничивает применение. Знание механизма, по которому AL-ферменты специфически разрывают связи между сахарами маннуроновой кислоты, позволит преодолеть эти ограничения.

Ключевые выводы исследования

• Механизм реакции: С помощью молекулярно-динамического моделирования на суперкомпьютере MareNostrum 5 подтверждено, что реакция деградации альгината ферментом происходит в одну стадию, а полимер разрывается в центре, а не с конца.
• Переходное состояние: Определена природа переходного состояния реакции — это высоко отрицательно заряженная частица. Это открывает возможность контролировать точку разрыва полимера с помощью мутаций аминокислот в активном центре фермента.
• Широкое применение: Изученные ферменты относятся к семейству 7 лиаз — самому распространённому на сегодня. Описанный механизм можно экстраполировать на другие ферменты с высоким биотехнологическим потенциалом.

Перспективы

• «Алгинаты по заказу»: Результаты закладывают основу для манипулирования этими ферментами и создания их вариантов с улучшенными каталитическими свойствами для крупномасштабного производства.
• Зелёная экономика: Работа способствует лучшему использованию природных ресурсов, так как ферменты становятся ключевым инструментом в производстве альгинатов.
• Поиск новых ферментов: Понимание химической эволюции альгината при деградации поможет в разработке зондов для идентификации и выделения ещё не описанных альгинатлиаз.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.