Computermodel vergroot thermodynamische stabiliteit van enzymstructuren

Met gerichte structurele aanpassingen kun je bereiken dat enzymen 10 graden Celsius méér verdragen dan in de natuur, terwijl de functionaliteit hetzelfde blijft. Dat maakt ze veel beter bruikbaar als katalysator in industriële productieprocessen, zo claimt George Makhatadze (Rensselaer Polytechnic Institute, VS) in PNAS.

De groep van Makhatadze heeft een computermodel ontwikkeld dat voorspelt welke aminozuren je in een bestaande eiwit moet vervangen om het stabieler te maken. Het is gebaseerd op optimalisering van de ladingsverdeling op het buitenoppervlak. De functionaliteit zit gewoonlijk maar in een heel klein deel van dat oppervlak, en dát stukje laat je met rust.

De onderzoekers hebben het met succes uitgeprobeerd met twee menselijke enzymen, acylfosfatase (AcPh) en Cdc42 GTPase, waarvan de 3D-structuur goed bekend is.

Ze willen nu verder experimenteren met enzymen die interessant zijn voor de industrie, bijvoorbeeld voor biotechnologische productie van medicijnen en cosmetica. Natuurlijke enzymen zijn daar eigenlijk niet robuust genoeg voor: er hoeft niets te gebeuren of ze degraderen. Met een beetje geluk zijn de verbeterde varianten wél stabiel genoeg om de industriële praktijk te overleven.

Makhatadze tekent er bij aan dat die extra stabiliteit in de natuur kennelijk niet nodig is. Je zou verwachten dat de door zijn computermodel bedachte wijzigingen vroeg of laat opduiken als natuurlijke mutatie, maar in de praktijk muteren de niet-functionele delen van enzymen juist heel zelden. dat blijkt dus niet zo te zijn. Kennelijk zit er geen evolutionair voordeel in om enzymen, die al redelijk functioneren, nog stabieler te maken.

bron: Rensselaer Polytechnic Institute