Een onderzoeksteam van de Universiteit van Uppsala heeft enkele miljarden jaar oude enzymen tot leven gewekt en opnieuw geprogrammeerd om totaal andere chemische reacties te katalyseren dan hun moderne versies aankunnen. De methode kan worden gebruikt om duurzame oplossingen te ontwikkelen binnen de biotechnologie, zoals voor enzymbioreactoren of om milieutoxines chemisch af te breken. De studie is gepubliceerd in Chemische Wetenschappen .

"We gebruiken software om miljarden jaren van evolutie te simuleren, en we waren in staat om een ​​effectief enzym te ontwikkelen dat een volledig nieuwe reactie kan katalyseren. Het is ongelooflijk spannend, " zegt Lynn Kamerlin, die het onderzoeksteam van de Universiteit van Uppsala leidt.

Enzymen hebben het vermogen om te katalyseren, d.w.z. versnellen, uitdagende chemische reacties van miljoenen jaren tot een fractie van een seconde zonder zelf te worden verbruikt. Ze zijn ook biologisch afbreekbaar en hebben een minimale ecologische voetafdruk. De meeste enzymen zijn katalysatoren voor een specifieke chemische reactie, die een belangrijke functie vervult in biologische processen, bijvoorbeeld in ons lichaam.

Binnen de biotechnologie, er wordt intensief gewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe enzymen die ongebruikelijke reacties voor groene chemie kunnen katalyseren, duurzame katalyse en de chemische afbraak van milieutoxische stoffen.

Het onderzoeksteam van de Universiteit van Uppsala heeft samengewerkt met collega's van de Universidad de Granada in Spanje om voorouderlijke enzymen weer tot leven te wekken, eerst op een computer, en dan in het laboratorium. De primitieve enzymen hebben veel eigenschappen die binnen de biotechnologie wenselijk zijn. Ze zijn bestand tegen extreme temperaturen en zijn structureel flexibeler, waardoor ze gemakkelijker te wijzigen zijn dan hun moderne equivalenten.

De onderzoekers slaagden erin oude antibiotica-afbrekende enzymen opnieuw te gebruiken om een ​​volledig nieuwe niet-natuurlijke reactie te katalyseren. Maar hoewel de hergebruikte enzymen de reactie aanzienlijk versnelden, het was veel langzamer dan de meeste natuurlijk voorkomende enzymen.

Daarom, om de efficiëntie van het enzym te verbeteren, Met krachtige computers berekenden de onderzoekers welke veranderingen in de structuur tot een snellere reactie zouden leiden. Ze gebruikten een nieuwe methode genaamd FuncLib, die een combinatie van evolutionaire informatie en berekeningen van eiwitstabiliteit gebruikt, om effectievere enzymvarianten te voorspellen.

In totaal 3, Er werden 000 potentiële nieuwe enzymvarianten voorspeld door FuncLib en de 20 meest veelbelovende hiervan werden getest in het laboratorium. Van deze, vier waren veel sneller dan het oorspronkelijke enzym. Het beste was even effectief als de gemiddelde moderne, natuurlijk voorkomende enzymen.

"Ons onderzoek toont aan dat het mogelijk is om nieuwe, effectieve enzymen voor een duurzamere toekomst, ', zegt Lynn Kamerlin.