A tudósok nagy sebességbe tolják az enzimek evolúcióját; A munka hasznos növényi termékek tömegtermeléséhez vezethet

A tudósok nagy sebességbe tolják az enzimek evolúcióját; A munka hasznos növényi termékek tömegtermeléséhez vezethet
A tudósok nagy sebességbe tolják az enzimek evolúcióját; A munka hasznos növényi termékek tömegtermeléséhez vezethet
Anonim

UPTON, NY – Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának brookhaveni nemzeti laboratóriumának tudósai megtalálták a módját egy olyan növényi enzim előállításának, amely 100-szor hatékonyabb, mint a természetben található hasonló enzimek. A The Journal of Biological Chemistry 2001. június 15-i számában ismertetett kutatás betekintést nyújt az enzimek fejlődésébe, és egy napon más hasznos növényi termékek termelésének fokozására szolgáló módszerekhez vezethet.

"A növények sok értékes vegyületet állítanak elő, de gyakran kis mennyiségben" - mondja John Shanklin, a tanulmány vezető biológusa.Bár Shanklin munkája nem közvetlenül áll a középpontjában, a példák között szerepelhetnek olyan gyógyászati ​​vegyületek és olajok, amelyek hasznosak lehetnek ipari folyamatok nyersanyagaként.

Shanklin azt sugallja, hogy a természetben tapasztalható ilyen gyenge termelés oka az, hogy a felelős enzimek újonnan fejlődtek ki. "Ez furcsának tűnhet, mert sokan az evolúciót a fejlődéssel társítják. De amikor az enzimek új funkciókat fejlesztenek ki, szinte mindig veszítenek hatékonyságukból" - mondja.

Az enzimek olyan fehérjék, amelyek felgyorsítják a kémiai reakciókat azáltal, hogy összehozzák a reagáló molekulákat, mint egy puzzle darabkáit. Mint minden fehérje, ezek is aminosavaknak nevezett építőelemek láncaiból állnak, amelyeket pontosan hajtogatnak össze, hogy az enzim háromdimenziós formáját adja.

A természetben új enzimek keletkeznek az aminosavszekvenciát kódoló gének véletlenszerű mutációiból. A legtöbb változtatásnak nincs hatása. Nagyon kis százalékuk javítja az enzimet, vagy új funkciót ad neki.De gyakrabban a változások deformálják az enzimet, ami hatástalanná vagy instabillá teszi azt, mondja Shanklin. Több száz vagy akár több millió év alatt a természetes szelekció javíthatja az új enzimet. De Shanklin és csapata úgy gondolta, hogy lehet közvetlenebb út. "Kifejleszthetnénk egy jobb enzimet a laboratóriumban?" kérdezte.

A módszer

Shanklin és a brookhaveni biológus, Ed Whittle egy hatékonyabb zsírmódosító enzim készítése iránt érdeklődtek, amelynek tulajdonságai hasonlóak a selyemfű növényekből és macskakörmökből izolált zsírmódosító enzimekhez. Ezek a lassan ható enzimek egy hasonló enzimből fejlődtek ki, amely sokkal hatékonyabb volt, de módosított egy nagyobb zsírt. Ahhoz, hogy kitaláljuk, hogyan lehet a szülőenzimet olyanná alakítani, amely a hatékonyság elvesztése nélkül módosítani tudja a kisebb zsírokat, az első lépés az volt, hogy megtudjuk, hogy a szülőenzim mely aminosavai változtathatják meg az enzim specifitását.

A tudósok egy olyan technikát alkalmaztak, hogy mutációkat vigyenek be, egy vagy két mutációt az ősi enzim génjébe.Ezután átvizsgálták a kapott enzimeket, hogy azonosítsák azokat, amelyek képesek módosítani a kisebb zsírokat. Az ezekből a fajtákból származó gének szekvenálásával hat olyan aminosav helyet találtak az összesen 350 aminosavból, amelyek képesek megváltoztatni az enzimspecifitást.

Ezután géneket szintetizáltak a természet 20 aminosavának összes lehetséges kombinációjához ezen a hat helyen, összesen 64 millió fajta esetében. Aztán ezeket a géneket egy olyan baktériumtörzsbe illesztették, amelynek az új enzimre volt szüksége a túléléshez. A baktériumsejtek többsége elpusztult, mert hiányoztak bennük a kulcsfontosságú enzim előállításához szükséges változások. Azok, amelyek termelték az enzimet, boldogultak, és génjeik felfedték a kulcsfontosságú mutációk azonosságát.

Most, hogy a tudósok tudták, mely mutációk vezetnek az új enzimhez, csak azokat a változtatásokat tudták végrehajtani az eredeti génben. A kapott enzim 100-szor hatékonyabbnak bizonyult, mint az a két fajta, amelyet a tudósok izoláltak a természetből. "Most bevittük ezt a gént az Arabidopsis növényekbe - a növénytudomány kísérleti gyümölcslegyeibe -, és nagyon jól működik" - mondja Shanklin.

Shanklin szerint ez az enzimek "hangolási" folyamata hasznos lehet nagy mennyiségű egyéb növényi termék előállításához. Például azt mondja, hogy egy napon növényi termékeket is felhasználhatnak majd arra, hogy kielégítsék növekvő ipari nyersanyagigényünket – talán akár a kőolaj alapú vegyszerek helyett is. „Az ötlet az, hogy a természeti erőforrásokat termesztjük ahelyett, hogy nem megújuló forrásból nyernénk ki őket” – mondja. Ez most evolúciós gondolkodás!

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Brookhaven Nemzeti Laboratóriuma fizikai, orvosbiológiai és környezettudományi, valamint energiatechnológiai kutatásokat végez. A Brookhaven emellett jelentős létesítményeket épít és üzemeltet az egyetemi, ipari és kormányzati tudósok számára. A Laboratóriumot a Brookhaven Science Associates, a Stony Brook Egyetem és a Battelle, egy nonprofit alkalmazott tudományos és technológiai szervezet által alapított vállalat irányítja.

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Rólunk
Olvass tovább

Rólunk

A fishcustomaquariums.com webhelyről

Kapcsolatok
Olvass tovább

Kapcsolatok

A fishcustomaquariums.com oldal elérhetőségei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei
Olvass tovább

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei