Alginātu fermentatīvās slēgšanas dekodēšana zaļajai biotehnoloģijai

Alginātu fermentatīvās slēgšanas dekodēšana zaļajai biotehnoloģijai

Katru gadu no jūras dibena tiek iegūti tūkstošiem tonnu brūno aļģu, lai iegūtu tādus savienojumus kā algināti, cukura polimērs ar augstu blīvumu un izturību, kas piedāvā potenciālus biotehnoloģiskos pielietojumus. Starptautiska komanda no Barselonas Universitātes ir atšifrējusi mehānismu, ar kuru enzīma veids, ko sauc par alginātu liāzi (AL), spēj noārdīt šos jūras biomateriālus, ļaujot tos cita starpā izmantot kā zāļu nesējus, piedevas vai biezinātājus. Šie rezultāti, kas publicētiDabas komunikācijapalīdzēs izstrādāt un izstrādāt jaunus “pielāgotus alginātus” īpašiem lietojumiem, jo ​​īpaši pārtikas un biomedicīnas rūpniecībā.

UB komandu dibināja Hosē Pablo Rivass-Fernándezs, raksta pirmais autors, un Carme Rovira, ICREA pētnieks profesors gan no UB Ķīmijas fakultātes, gan no UB Teorētiskās un skaitļošanas ķīmijas institūta (IQTCub) (Dtukens, BIOTECHS, BIOTIC CHEMISTRY). Piedalījās arī eksperti no Norvēģijas Zinātnes un tehnoloģiju universitātes (NTNU) un Ziemeļkarolīnas štata universitātes (ASV).

Neskatoties uz alginātu pārpilnību jūras vidē, to potenciālu, īpaši biomedicīnas sektorā, stipri ierobežo to sastāva neviendabīgums dabiskajā stāvoklī – tie var saturēt mannuronisko un guluronisko cukuru maisījumu dažādās proporcijās. Zināšanas par Al enzīmu darbības mehānismu, kad tie īpaši sarauj saites, kas savieno manuronskābes tipa cukuru šajā polimērā, palīdz pārvarēt šos ierobežojumus. "Rezultāti lika pamatu manipulācijām ar šiem fermentiem un variantu izstrādei ar labākām katalītiskām īpašībām un lielāku efektivitāti lielā mērogā.

Izmantojot rūpnieciskās tehnikas un bioprocesus, būs iespējams optimizēt „pielāgotu alginātu” ražošanu pietiekamā daudzumā, lai apmierinātu sabiedrības vajadzības,” skaidro pētnieki.

Šie atklājumi arī ļauj "labāk izmantot dabas resursus un palielināt zaļo ekonomiku, izmantojot fermentus kā galvenos instrumentus šo alginātu ražošanā", saka autori.

Datoranalīze ar superdatoru Marenostrum 5

Daļa no pētījuma tika balstīta uz šo enzīmu darbības mehānisma skaitļošanas analīzi, izmantojot Al enzīma trīsdimensiju struktūras mijiedarbībā ar dažādiem alginātu variantiem, ko ieguvuši DTU līdzstrādnieki. Pamatojoties uz šo struktūru un izmantojot Barselonas superskaitļošanas centra — Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) superdatora MareNostrum 5 resursus, UB komanda ir veikusi molekulārās dinamikas simulācijas, izmantojot daudzmērogu kvantu mehānikas un molekulārās mehānikas metodes, lai modelētu un iegūtu detalizētu aprakstu ķīmiskās reakcijas atomu degradācijas līmenī.

Šīs simulācijas ir izlīdzinājušas iepriekšējās zinātniskās neatbilstības par reakcijas posmu skaitu, apstiprinot, ka tā notiek vienā posmā un ka polimērs saplīst vidū, nevis vienā galā. Viņi arī precizēja pārejas stāvokļa raksturu - visaugstāko enerģijas konfigurāciju reakcijas laikā - kā ļoti negatīvi lādētu sugu. "Šis atklājums liecina, ka mēs varam kontrolēt, kurā brīdī polimērs sadalās, mutējot noteiktas aminoskābes fermenta aktīvajā vietā," skaidro pētnieki.

Vēl viens svarīgs pētījuma elements ir tas, ka analizētie fermenti pieder 7. liāžu saimei, kas ir līdz šim visizplatītākā, ļaujot ekstrapolēt mehānismu, kas aprakstījis citus fermentus ar augstu biotehnoloģisko potenciālu.

Šie rezultāti arī atvieglo svarīgu atlikumu vai aminoskābju identificēšanu, kuru mērķis ir uzlabot šo enzīmu efektivitāti, kas ir daudzsološs pētījumu virziens, pie kura UB komanda jau strādā.

Turklāt rezultāti uzlabo izpratni par algināta ķīmisko attīstību tā sadalīšanās laikā, kas ir būtisks elements zondu projektēšanā, kas var identificēt un izolēt algināta liāzes, kas vēl nav aprakstītas. Paturot to prātā, UB pētnieki pašlaik strādā pie zondu izstrādes, kas ļauj efektīvi identificēt jaunus fermentus ogļhidrātos.

Šis pētījums ir daļa no Carbocentre, projekta, ko finansē no Eiropas Pētniecības padomes (ERC) Sinerģijas stipendijas. Šīs stipendijas ir vienas no prestižākajām Eiropā, un tās tiek piešķirtas pētnieku grupām, kas strādā kopā, lai atrisinātu svarīgus zinātniskus izaicinājumus.

Avoti: