Vervang één aminozuur in een natuurlijk enzym, en het accepteert ineens grondstoffen die veel groter zijn dan het gewend is. Dat levert dus ook ‘onnatuurlijke’ producten op en zowel voor biomedisch onderzoek als voor de voedingsmiddelenindustrie kan dat erg handig zijn, claimen Gerrit Poelarends en collega’s van de Rijksuniversiteit Groningen in Nature Chemistry.

Het enzym in kwestie heet methylaspartaat ammonia lyase (afgekort MAL), en het komt uit Clostridium tetanomorphum. In die bacterie zet het 3-methylaspartaat om in ammoniak en methylfumaraat, als onderdeel van een uitgebreidere metabole route.

In het lab kun je het enzym ook omgekeerd inzetten, waarbij 3-methylaspartaat dus het product wordt.

Dat 3-methylaspartaat is een chemische variatie op asparaginezuur, een natuurlijk aminozuur. Aan deze variatie heb je niet zo veel, aan andere variaties op hetzelfde thema mogelijk des te meer. Natuurlijk MAL vertoont echter nauwelijks activiteit wanneer je het ‘voert’ met andere substraten zoals gesubstitueerde amines en fumaraten: die moleculen zijn eenvoudigweg te groot om in de actieve plek van het enzym te passen.

Na jaren knutselen zijn vijf Groningse vakgroepen er nu in geslaagd om die actieve plek dusdanig ‘op te rekken’ dat er wèl grotere bouwstenen in passen. Daarbij lieten ze zich leiden door een eerder gepubliceerd plaatje van de structuur van het enzym in actie.

Het plaatje suggereerde dat je in de eerste plaats de glutaminebouwstenen op de locaties 73 en/of 172 zou moeten wijzigen. Dus bouwden de Groningers bibliotheken op met alle mogelijke aminozuren op die locaties, en probeerden die genetische codes uit in E.coli. Inderdaad zat er eentje tussen, met alanine op plek 73, die methylamine kon gebruiken in plaats van ammoniak.

Een volgende analyse leerde dat fenylalanine op 170, tyrosine op 356 en leucine op 384 ook een belangrijke rol spelen bij de reactie. Vervanging van de eerste twee leverde niets op. Maar zet je alanine op positie 384, dan blijkt het enzym ineens ook 2-hexylfumaraat en een reeks andere fumaraten als substraat te accepteren.

Bij beide wijzigingen blijft de natuurlijke enantioselectiviteit van het enzym gewoon behouden.

Poelarends is zelf van de groep farmaceutische biologie. Hij hoopt in eerste instantie de nieuwe aspartaten te gebruiken bij het bestuderen van glutamaat-afhankelijke kanaal- en transporteiwitten in zenuwcellen. Het niet goed functioneren van deze eiwitten heeft mogelijk iets te maken met de ziektes van Alzheimer en/of Parkinson.

Maaréén van zijn mede-auteurs zit bij DSM. Daar dromen ze al van industriële productie van aspartaatderivaten voor voedingssupplementen. Als je dat door enzymen kunt laten doen in een waterige oplossing, is dat ongetwijfeld milieuvriendelijker dan wanneer je je toevlucht moet nemen tot klassieke organische synthese in een oplosmiddel.

bron: RUG