I ricercatori dell'Università di Bristol hanno dimostrato come l'evoluzione del laboratorio possa dare origine a enzimi altamente efficienti per reazioni nuove in natura, aprendo la strada a modi nuovi e più rispettosi dell'ambiente per produrre farmaci e altre sostanze chimiche.

Gli scienziati hanno precedentemente progettato catalizzatori proteici da zero utilizzando computer, ma questi sono molto meno capaci degli enzimi naturali. Per migliorare le loro prestazioni, può essere utilizzata una tecnica chiamata evoluzione di laboratorio, di cui l'ingegnere chimico americano Frances Arnold è stata pioniera e per la quale ha ricevuto il Premio Nobel nel 2018. L'evoluzione diretta imita la selezione naturale, consentendo agli scienziati di utilizzare il potere della biologia per migliorare la capacità delle proteine ​​di svolgere compiti come catalizzare una specifica reazione chimica.

Ma sebbene il team di ricerca avesse recentemente utilizzato l'evoluzione di laboratorio per migliorare un enzima progettato di oltre 1, 000 volte, non si sapeva come l'evoluzione ne aumentasse l'attività. Fino ad ora.

L'autore principale, il professor Adrian Mulholland della School of Chemistry di Bristol, ha dichiarato:"L'evoluzione può rendere i catalizzatori molto più attivi. Il fatto è che l'evoluzione opera in modi misteriosi:per esempio, le mutazioni che apparentemente migliorano la catalisi spesso comportano cambiamenti negli amminoacidi lontani dal sito attivo in cui avviene la reazione".

"Volevamo capire come l'evoluzione può trasformare biocatalizzatori di design inefficienti in enzimi altamente attivi.", il primo autore dello studio, Dott. Adrian Bunzel, disse.

Fare così, il gruppo di ricerca internazionale di Bristol, l'ETH di Zurigo e l'Università di Waikato (NZ) si sono rivolti alle simulazioni molecolari al computer. "Questi mostrano che l'evoluzione cambia il modo in cui la proteina si muove, la sua dinamica. In parole povere, l'evoluzione "sintonizza" la flessibilità dell'intera proteina, " Ha aggiunto.

Il team ha anche identificato la rete di amminoacidi nella proteina responsabile di questa "sintonizzazione". Queste reti coinvolgono parti della proteina che vengono modificate dall'evoluzione.

Il dottor Bunzel ha detto:"Dopo l'evoluzione, l'intera proteina sembra lavorare insieme per accelerare la reazione. Questo è importante perché quando progettiamo enzimi, spesso ci concentriamo solo sul sito attivo, e dimenticare il resto della proteina."

Il professor Mulholland ha aggiunto:"Questo tipo di analisi potrebbe aiutare a progettare enzimi "de novo" più efficaci, per reazioni che prima non potevamo prendere di mira".

La ricerca, pubblicato in Chimica della natura , rivela come l'evoluzione renda gli enzimi di progettazione più potenti, aprendo la strada a catalizzatori su misura per la chimica verde.

I ricercatori ora useranno le loro scoperte per aiutare a progettare nuovi catalizzatori proteici.