O modificare atomică minoră poate face enzimele care descompun plasticul mai eficiente
Cercetătorii de la Universitatea Națională Australiană au demonstrat că modificarea unui singur atom în enzimele care degradează plasticul le poate crește eficiența fără a le compromite stabilitatea. Studiul, publicat în Angewandte Chemie International Edition, s-a concentrat pe polietilentereftalat (PET), unul dintre cele mai utilizate materiale plastice din lume.
Autorul principal, dr. Elwy Abdelkader, de la Școala de Cercetare în Chimie, a explicat că inginerii se confruntă adesea cu un compromis: atunci când încearcă să facă enzimele mai active, acestea devin mai puțin stabile, și invers. „Ceea ce am arătat este că poți depăși această limită făcând o modificare extrem de precisă, până la nivel de atom, păstrând în mare măsură structura și stabilitatea enzimei”, a declarat Abdelkader.
Substituții la nivel de atom unic
Echipa a aplicat abordarea asupra PET-hidrolazelor, cunoscute și sub numele de PETaze, enzime capabile să descompună PET-ul în moleculele sale componente. Aceste enzime fuseseră deja optimizate extensiv prin proiectare computațională și inginerie proteică.
Cercetătorii au introdus aminoacizi necanonici numiți azatriptofani, care seamănă foarte mult cu triptofanul natural, cu excepția faptului că o grupare carbon-hidrogen este înlocuită cu un atom de azot. Enzimele care degradează PET-ul, cu această substituție la un singur sit, au descompus PET-ul de aproape două ori mai eficient, menținându-și în același timp stabilitatea termică.
Abdelkader a subliniat că rezultatele contrazic ideea că ingineria enzimelor necesită neapărat multiple modificări ale proteinei. „În loc să reproiectăm o enzimă cu multe mutații, putem face o schimbare foarte mică și țintită, cu un efect semnificativ asupra modului în care funcționează”, a spus el.
PETra accelerează testarea
Echipa a dezvoltat, de asemenea, un test rapid bazat pe fluorescență, numit PETra, care permite măsurarea activității enzimelor care degradează PET-ul în câteva minute, spre deosebire de ore sau zile cât necesită testele convenționale. Deoarece PET-ul este insolubil și structural complex, PETra folosește un substrat fluorescent solubil ca mimetic al PET-ului.
Cercetătorii au arătat că rezultatele PETra se corelează puternic cu eficiența reală a enzimelor în descompunerea PET-ului solid, accelerând semnificativ screeningul viitoarelor variante de enzime care degradează plasticul.
Dincolo de reciclarea plasticului
Coautorul, profesorul Thomas Huber, a declarat că abordarea ar putea depăși cu mult domeniul reciclării plasticului. „Proteinele sunt niște mașini incredibil de puternice, dar suntem în general limitați la cei 20 de aminoacizi găsiți în natură atunci când le modificăm”, a spus Huber. „Construind pe experiența echipei cu introducerea site-specifică de aminoacizi necanonici în proteine, putem introduce mici modificări chimice care ne permit să reglăm proteinele cu un nivel de precizie care era anterior dificil de atins.”
Cercetătorii susțin că aceeași strategie ar putea fi aplicată pentru a proiecta enzime pentru o gamă largă de aplicații, inclusiv producția sustenabilă, biotehnologia și medicina.
