Evolutie in vitro levert beter kunstmatig enzym op

“We begrijpen niet goed waarom natuurlijke enzymen beter werken dan door de mens ontworpen enzymen”, vertelt David Baker, onderzoeker aan de universiteit van Washington. “Maar een theorie is dat natuurlijke enzymen miljarden jaren evolutie de tijd hebben gekregen om perfecte katalysatoren te worden, terwijl wij net zijn begonnen met ontwerpen.”

Tijd dus om evolutie op kleine schaal in het lab na te bootsen, dacht de groep van Baker. Zij ontwierpen eerste met de computer een enzym dat een Kemp-eliminatie kan uitvoeren. Hierbij haalt het enzym een proton van een koolstofatoom af dat naast een stikatoom zit. Hierdoor gaat de koolstof een drievoudige band aan met de stikstof, en wordt de ringstructuur waar de stikstof inzat verbroken. Geen enkel natuurlijk enzym kan deze reactie uitvoeren.

Na het computerontwerp testten ze samen met onderzoekers van UCLA de 59 beste enzymen uit in het lab. Van de best werkende enzymen muteerden ze vervolgens willekeurig de aminozuren, en keken welke nieuwe mutanten de reactie het beste uitvoerden. De beste enzymenkandidaten ondergingen daarna weer een mutatieronde.

Opvallend was dat de katalytische site en de aminozuren daarnaast, zoals die ontworpen waren in de computer, intact bleven bij deze selectie. Mutaties in naastgelegen domeinen leverden echter wel snellere enzymen op, zo valt te lezen in Nature.

Vorige week publiceerden dezelfde onderzoekers in Science resultaten over een kunstmatig retroaldolase dat zij hadden getest. Dit enzym is nog niet zo snel als zijn natuurlijk collega’s. Baker hoopt wel binnen twee jaar zo ver te zijn.

Bron: Nature/UCLA