Исследована структура фермента, полученного при помощи «эволюции в пробирке»

Источник: rdmag.com

Около пяти лет назад двое исследователей использовали инновационную технологию «эволюция в пробирке», чтобы превратить обычный белок в искусственный фермент. Джек В. Шостак (Медицинский институт Говарда Хьюза) и Буркхард Зилиг (Университет Миннесоты, США) сумели получить биологический катализатор, РНК-лигазу, способную соединять два сегмента РНК. Это был первый подобный проект, до них ни один ученый не достигал таких результатов. В докладе, опубликованном в 2007 году, подробно объясняется процесс получения энзима. В качестве исходного материала был взят белок, не демонстрирующий ферментативную активность. Затем ученые создали множество копий белка, содержащих случайные структурные мутации. Эти клоны подверглись анализу, среди них были выявлены экземпляры с ферментоподобными свойствами.

Наиболее перспективные кандидаты также подверглись клонированию и мутации. В течение нескольких раундов такой искусственной эволюции была получена искусственная РНК-лигаза. Ученые знали, какой фермент получили, и знали, что он работает. Но у них остались вопросы — почему и как он работает. Чтобы ответить на эти вопросы, потребовалось новое исследование, проведенное при участии специалиста Национальной ускорительной лаборатории SLAC (Stanford Linear Accelerator Center, Стэнфордский центр линейных ускорений) Ритимукты Саранги. Методики рентгеновской спектроскопии и ядерного магнитного резонанса позволили подробно (и в трехмерном формате) изучить уникальную структуру искусственного фермента. Как оказалось, она сильно отличается от структуры природных энзимов.

Все белки состоят из длинных цепочек аминокислот, и то, как эти цепочки сворачиваются в компактную структуру, во многом определяет функции белка. Целые семьи ферментов с похожими «складками» были выявлены и изучены в последнее время. Энзим, полученный «в пробирке» сохранил цинковый «позвоночник» исходного белка. При этом он отказался от традиционных белковых «складок» и создал свои собственные. Искусственный фермент получил более гибкую структуру, чем у «родительского» белка, и более простую, чем у натуральных аналогов. Как предполагает г-н Зилиг, источником такой примитивной структуры могла быть упрощенная окружающая среда. Кроме того, Энзим не испытал тех миллиардов лет естественной эволюции, которые сформировали природные протеины. Поэтому его складки можно рассматривать как некоторую «исконную» или «раннюю» форму белка.

Рисунок: physorg.com