Разработка улучшенных биотехнологических ферментов

Ферменты — это белки, ускоряющие химические реакции, например, расщепление белковых пятен в стиральном порошке. Исследовательская группа под руководством профессора Кам-бо Вонга из Центра белковой науки и кристаллографии Школы наук о жизни Китайского университета Гонконга продемонстрировала фундаментальный принцип изменения активности ферментов с помощью белковой инженерии. Результаты дают потенциальное понимание для будущего дизайна биотехнологически важных ферментов и будут опубликованы в следующем выпуске онлайн-журнала с открытым доступом PLoS Biology.

Белки термофилов (организмов, живущих при высоких температурах) более устойчивы к тепловой денатурации, чем белки мезофилов (организмов, живущих при умеренных температурах). В природе ферменты микробов, обитающих в экстремально горячих средах, таких как гидротермальные источники, могут оставаться стабильными даже при 100°C. Эти термофильные ферменты полезны для биотехнологической промышленности из-за их превосходной стабильности.

Одна интригующая проблема заключается в том, что термофильные ферменты менее активны, чем их мезофильные гомологи, несмотря на схожую структуру. «Это как две машины с похожими двигателями, но одна едет в 10 раз быстрее другой. Если термофильные ферменты можно сделать более активными без ущерба для их стабильности, это будет иметь большую коммерческую ценность для биотехнологической промышленности», — пояснил профессор Вонг.

Команда Вонга использовала методы белковой инженерии, чтобы исследовать, почему термофильные ферменты менее активны. Они обнаружили, что термофильный фермент ацилфосфатаза обладает уникальным свойством: его активный центр укреплён солевым мостиком. Термофильные ферменты, как правило, имеют больше стабилизирующих взаимодействий, таких как солевые мостики. Удалив этот солевой мостик, команда преобразовала термофильные свойства ацилфосфатазы в мезофильные. Аналогично, мезофильная ацилфосфатаза человека была модифицирована, чтобы стать термофильной, путём введения солевого мостика. Команда профессора Вонга пришла к выводу, что укрепляющий солевой мостик увеличивает активность ферментов при высоких температурах, но одновременно снижает её при низких температурах. Принципы, изученные в исследовании профессора Вонга, могут стать руководством для улучшения ферментов в биотехнологической промышленности.