Scheikundigen van de Rijksuniversiteit Groningen hebben een nieuw enzym gemaakt met een onnatuurlijk aminozuur als actief centrum. Ze maakten het enzym door een antibioticumbindend eiwit te modificeren dat normaal gesproken werkt als een bacteriële transcriptiefactor. Verdere modificaties van de reactieve plaats kunnen verschillende enzymen creëren voor gebruik bij chemische synthese. Een beschrijving van het nieuwe enzym werd gepubliceerd in Natuurchemie op 2 juli.

De chemische industrie werkt hard om conventionele processen te vervangen, die giftige chemicaliën of veel energie kunnen gebruiken, met milieuvriendelijkere alternatieven. Een populair alternatief zijn enzymen, die meestal functioneren in water bij gematigde temperaturen. Echter, het aantal reacties dat door natuurlijke enzymen wordt gekatalyseerd, is beperkt in vergelijking met wat er in de chemie beschikbaar is. "Daarom is het ontwerpen van enzymen de afgelopen jaren echt van de grond gekomen, ’ zegt RUG-hoogleraar Biomoleculaire Chemie Gerard Roelfes.

Verhoogde katalyse

Enzymen kunnen op verschillende manieren worden ontwikkeld. Nog, tot dusver, alleen de 20 natuurlijk voorkomende aminozuren zijn gebruikt om de actieve plaats van enzymen te creëren. Dit beperkt het aantal reacties dat deze ontworpen enzymen kunnen uitvoeren, stelt Roelfes:"We denken dat het opnemen van niet-standaard aminozuren in eiwitten het repertoire van designer-enzymen aanzienlijk zou kunnen uitbreiden."

Zijn team gebruikte een bacteriële transcriptiefactor als uitgangspunt voor hun ontwerp. Het LmrR-eiwit is een transcriptionele regulator in de bacterie Lactococcus lactis, die reageert op antibiotica; het katalyseert zelf geen chemische reacties. Het is een donutvormig dimeer met een centrale opening die hydrofobe moleculen bindt. Met behulp van uitgebreide genetische codetechnieken, Roelfes en zijn collega's brachten het onnatuurlijke aminozuur p-aminofenylalanine zo in het eiwit dat het aniline van de zijketen in de centrale opening aanwezig was. "Aniline is een bekende katalysator in chemische synthese, maar niet erg krachtig. Door het aan het LmrR-eiwit te introduceren, verhoogde katalyse met bijna drie ordes van grootte."

Verschillende reactiviteiten

Het nieuwe enzym verbindt organische moleculen door een hydrazonstructuur te vormen, een reactie die wordt gebruikt in de medische biotechnologie, bijvoorbeeld, om medicijnen te koppelen aan antilichamen. "Bij onze experimenten we gebruikten een reactie die een mooi gekleurd product geeft, dus we konden de activiteit van het nieuwe enzym gemakkelijk meten." Roelfes en zijn team passen nu de centrale opening aan om de efficiëntie van het enzym te verhogen en het af te stemmen op specifieke reacties.

"Er zijn veel opties om dit enzymontwerp te gebruiken in chemische synthese, " zegt Roelfes "En we zouden ook andere onnatuurlijke aminozuren kunnen introduceren die verschillende reactiviteiten hebben." Door deze nieuwe katalytische eigenschappen te combineren met de promiscue bindingsplaats van het LmrR-eiwit, Roelfes is ervan overtuigd dat er veel nieuwe bruikbare enzymen kunnen worden gemaakt.