Метагеномика помогает в поиске базы новейшего биотоплива.
Учёные из МФТИ вместе с сотрудниками из Юлихского исследовательского центра (нем. Forschungszentrum Jülich GmbH) исследовали природное обилие ферментов, превращающих жирные кислоты в углеводородные цепи под действием голубого света.
Исследователи отыскали отличительные индивидуальности белков и проследили их наследование меж различными схожими организмами. Эти результаты посодействуют в поиске новейших ферментов семейства и в дизайне белков для внедрения в хим индустрии.
Результаты размещены в журнальчике Catalysts.
В крайние десятилетия растёт количество исследовательских работ ферментов, в особенности работающих под действием света. Такие вещества существенно ускоряют специфичные хим реакции, не требуя при всем этом особых хим критерий либо огромного увеличения температуры. Природные катализаторы могут быть использованы для получения горючего из биоматериалов в промышленных масштабах, что может привести к повышению темпов развития биоэкономики и повышению энтузиазма к возобновляемым источникам энергии на базе биоматериалов.
Природные фотокатализаторы открывают широкие способности для промышленной органической химии. Увлекателен не так давно открытый класс ферментов — фотодекарбоксилазы жирных кислот. Под действием голубого света они превращают жирные кислоты в длинноватые углеводороды.
Естественная эволюция привела к возникновению широкого контраста ферментов, но известные нам катализаторы оказались неспособны работать с маленькими углеродными цепочками, что могло бы повысить их применимость в индустрии.
Такие экспериментальные способы, как направленная эволюция и оптимальный дизайн белков, разрешают получать ферменты с заблаговременно данными качествами, но на перебор всех вероятных вариантов уйдёт непозволительно много времени. Посодействовать может метагеномика — сбор данных о последовательностях без подробного исследования организмов владельцев и их компьютерный анализ. Эта область познаний возникла не так давно, но уже на данный момент предоставляет огромные объёмы инфы о разных белках.
Реакция, катализируемая фотодекарбоксилазой. Изображение предоставлено создателем исследования.
Создатели исследования начали со структуры более изученной фотодекарбоксилазы жирных кислот, в которой обусловили активные участки, отвечающие за ферментативную активность. Из огромного семейства, в которое входят фотодекарбоксилазы, по двум критически принципиальным для работы аминокислотам были выделены все интересующие белки. Оказалось, что во всех исследуемых ферментах отсутствует гистидин около активной области, который имеется во всех других белках семейства. Не считая того, фактически они все содержат ещё две сохраняющиеся аминокислоты в одних и тех же местах последовательности. Некие остальные аминокислоты в активном центре время от времени мутированы, но встречаются всё ещё нередко. Более вариабельными оказались фрагменты, окружающие гидрофобную часть жирной кислоты во время реакции. Может быть, их изменение дозволит повысить эффективность работы фермента. Также исследователи выстроили филогенетическое древо исследованных белков — оно приблизительно повторило схожие связи меж организмами владельцев последовательностей.
Филогенетическое древо исследованных фотодекарбоксилаз. Белки образуют несколько кластеров, в неких из которых нет представителей узнаваемых микробов. Источник: Catalyst.
«Когда мы желаем получить белок с заблаговременно данными качествами, мы отыскиваем некий схожий в природе и пытаемся его видоизменять. Может быть, естественная эволюция уже сделала всё за нас, и нам необходимо лишь найти наш белок. Опосля возникновения метагеномики мы получили возможность извлекать информацию о последовательностях, даже не зная, к каким организмам они относятся. Это дозволяет ассоциировать существенно больше белков меж собой и находить закономерности, которые определяют активность белка. Метагеномика дозволяет очень уменьшить количество тестов, нужных для получения белка с хорошей активностью и устойчивостью к брутальным средам. Наша работа ориентирована как раз на это — мы сравнили последовательности фотодекарбоксилаз жирных кислот, отысканных в узнаваемых организмах и метагеномных данных, и отыскали как сохраняющиеся, так и вариабельные мотивы. Приобретенные результаты посодействуют осознать, какие аминокислоты можно поменять для увеличения эффективности ферментов для внедрения в промышленном производстве», — ведает Иван Гущин, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ.