Gli scienziati hanno infranto le regole dell'ingegneria enzimatica per sbloccare un nuovo metodo per creare reazioni chimiche che potrebbe sbloccare una vasta gamma di nuove applicazioni, dalla creazione di nuovi farmaci alla produzione di cibo.

Nel loro articolo pubblicato oggi in Catalisi della natura , La professoressa Francesca Paradisi e la dott.ssa Martina Contente dell'Università di Nottingham e dell'Università di Berna mostrano un nuovo metodo per produrre molecole chimiche in modo più efficiente attraverso una nuova reazione in un unico passaggio nell'enzima.

Il professor Paradis è professore di biocatalisi presso la School of Chemistry di Nottingham e professore di chimica farmaceutica presso l'Università di Berna, spiega:"Abbiamo dimostrato come una mutazione molto semplice in uno dei residui chiave di un enzima utile abbia notevolmente ampliato il suo ambito sintetico, consentendo l'uso della variante mutante nella preparazione di molecole chimiche impegnative, così come i metaboliti naturali che sono vitali in molti processi biologici nel corpo."

Qualsiasi libro di testo sugli enzimi riporterà come gli amminoacidi catalitici in una data famiglia di enzimi sono altamente conservati, sono infatti una firma del tipo di chimica che un enzima può fare. Si verificano variazioni e in alcuni casi, se l'amminoacido sostitutivo è simile, entrambi possono essere trovati in proporzione significativa in Natura, ma altri possono essere molto meno comuni e si trovano solo in un numero limitato di specie.

"In questo studio abbiamo esplorato un'area incontaminata dell'ingegneria enzimatica e modificato un residuo catalitico chiave nel sito attivo di un enzima, " aggiunge il professor Paradisi. "In precedenza si pensava che ciò avrebbe causato una perdita di attività dell'enzima ma abbiamo riscontrato che non è così quando questo biocatalizzatore viene utilizzato in una direzione sintetica e infatti molecole impegnative ma molto utili ora possono essere realizzati in condizioni blande che potrebbero essere facilmente ampliate e replicate commercialmente per l'uso in un'ampia gamma di prodotti."

Per modificare l'ambito del substrato di un enzima, l'approccio è stato generalmente quello di mutare i residui coinvolti nel riconoscimento del substrato, sia attraverso un disegno razionale o un'evoluzione diretta, lasciando sempre intatte quelle catalitiche.

La variante mutante di un enzima acil transferasi è stata creata rapidamente e mentre il biocatalizzatore nativo funzionava con alcoli e ammine lineari, il mutante lavora anche con tioli e ammine molto più complesse. La ricerca ha dimostrato che in effetti la nuova variante ha perso la capacità di idrolizzare gli esteri, ma per applicazioni sintetiche, dove un estere o altri gruppi funzionali devono essere prodotti (tioesteri e ammidi) e non scissi, questo è in effetti un grande vantaggio.

La Dott.ssa Martina Contente aggiunge, "Abbiamo ricevuto un feedback fantastico su questo studio dalla comunità scientifica in quanto fornisce un nuovo strumento per la chimica che può essere applicato a un'ampia gamma di reazioni molecolari. Il fatto che sia una reazione molto stabile creata senza la necessità di condizioni specifiche significa che ha il potenziale per un'applicazione commerciale a basso costo nella produzione di nuovi farmaci Crediamo di aver sbloccato una nuova combinazione nelle triadi catalitiche che la natura sembra aver sfavorito, possibilmente per rafforzare il controllo sulla reattività, ma quella per un chimico potrebbe essere una vera miniera d'oro."