Vědci z Masarykovy univerzity vyvinuli nový postup pro zlepšování vlastností enzymů
Mezinárodní tým vedený vědci z Masarykovy univerzity vyvinul nový postup pro zlepšování užitných vlastností enzymů. Metoda má široké uplatnění v chemickém průmyslu, medicíně nebo v potravinářství. Postup vědci zveřejnili v srpnovém čísle prestižního vědeckého časopisu Nature Chemical Biology.
Nově upravené enzymy lze použít například pro likvidaci vysoce škodlivých chemických látek, které se do přírody dostávají vlivem působení člověka a mají velmi negativní vliv na zdraví zvířat i lidí. Příroda si s těmito chemikáliemi neumí poradit a vědci z Loschmidtových laboratoří přišli na to, jak je z přírody účinně odstranit.
Podstatou objevu je genetická úprava enzymu, který spouští a urychluje chemické reakce. „Genetickými úpravami nyní dokážeme výrazně změnit vlastnosti enzymů tak, aby byly schopny rychleji a snáze likvidovat škodlivé látky v prostředí,“ řekl vedoucí týmu Jiří Damborský z Ústavu experimentální biologie Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity. Až dosud se vědci při úpravě vlastností enzymu v jeho struktuře soustředili na místo, kde dochází k chemické reakci. Nová metoda je založena na úpravě takzvaných přístupových cest, kudy se rozkládaná látka dostává dovnitř do aktivního místa.
Vědci postup ověřili při konstrukci enzymu, který je schopný odbourat vysoce toxickou sloučeninu TCP (trichlorpropan). Tato bezbarvá kapalina vzniká jako vedlejší produkt při chemické výrobě. V půdě nebo podzemních vodách přetrvává i sto let, je vysoce toxická pro vodní organismy a přispívá ke vzniku rakoviny u člověka. Pomocí nové metody vyvinuli proteinoví inženýři z brněnských Loschmidtových laboratořích enzym, který tuto látku odbourá 32krát rychleji.
Metoda má ale mnohem širší uplatnění, než je boj se škodlivými látkami a ochrana životního prostředí. Cíleným vnášením změn do struktury enzymů v místech, která jsou důležitá pro její funkci, lze pozměňovat vlastnosti látek využívaných i v jiných oblastech. Metodu lze použít pro zlepšování užitných vlastností enzymů používaných v biomedicíně, chemickém průmyslu i potravinářství. O novou metodu již projevily zájem vědecké týmy z Pasterova ústavu ve Francii, Vídeňské univerzity v Rakousku nebo Weizmannova ústavu v Izraeli.
Kolik lidí se na projektu podílelo a jak dlouho trval?
Na řešení projektu se podílelo celkem 10 členů ze čtyř vědeckých týmů - biochemici z Ústavu experimentální biologie Masarykovy univerzity, fyzikální chemici z Univerzity Palackého v Olomopuci, molekulární biologové z Univerzity Sendai v Japonsku a biofyzici z Evropské laboratoře médií v Německu. Do výzkumu byli zapojeni tři studenti doktorského studia. Projekt byl zahájen v roce 2003 a trval 6 let.
K čemu je nová metoda užitečná?
Nová metoda umožňuje pozměňovat vlastnosti enzymů cíleným vnášením změn do struktury v místech, která jsou důležitá pro jejich funkci. Místa pro změny jsou racionálně vybírána pomocí počítačových programů. Metodu lze použit pro zlepšování užitných vlastností enzymů používaných v biomedicíně, ochraně životního prostředí, v chemickém průmyslu i potravinářství.
Kdo výzkum financuje?
Výzkum byl podporován granty Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky a Grantové agentury Akademie věd České republiky.
Předchozí úspěchy
Vědci v Loschmidtových laboratořích Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity ve spolupráci s Vojenským technickým ústavem vyvinuli také novou metodu likvidace yperitu. Podstatou vynálezu, který byl patentován v roce 2007, bylo objevení enzymu umožňujícího rozložit yperit efektivněji a šetrněji než všechny dosud používané prostředky.