23.11.2013 Первый искусственный фермент с активностью, соизмеримой с природной.

Возможно в скором будущем можно будет синтезировать ферменты с заданной специфичностью, в том числе к субстратам, несуществующим в природе. Алгоритм и успешную реализацию такого подхода опубликовала группа Дональда Хилверта из высшей технической школы Цюриха, которая впервые получила искусственный фермент с активностью, соизмеримой c природной!

Авторы использовали глобулу ксиланазы и квантово-механические расчеты, чтобы перестроить активный сайт фермента, сделав его катализатором элиминирования Кремпа – важной реакции органического синтеза (на рисунке). Полученный белок (11 мутаций относительно ксиланазы) обладал специфичностью к субстратам реакции, но был практически лишен каталитических свойств, однако проблему удалось решить направленной in vitro эволюцией: после 17 циклов отбора наиболее активных из случайных мутантов (~10 из 1000) был получен белок, HG3.17, ускоряющий реакцию в 6x108 раз, при том, что природные ферменты ускоряют реакцию в среднем в 108-1010 раз!

Кристаллическая структура HG3.17 в комплексе с субстратным аналогом показывает, что новый фермент обладает универсальными свойствами природных катализаторов – комплементарностью формы с субстратами, сближающей их активные группы, и способностью стабилизировать переходное состояние, снижая активационный барьер реакции.

Открытие открывает дорогу к созданию искусственных ферментов и может изменить будущее белковой инженерии. Возможно, через несколько лет каталог ферментов для органических и прочих реакций будет таким же доступным и привычным, каким сегодня является каталог эндонуклеаз.