De functie van een onbekend enzym is voortaan gemakkelijker te achterhalen dankzij een computeralgoritme dat voorspelt wat het bijbehorende substraat is. Of dat in elk geval het aantal kandidaten dusdanig verkleint dat het haalbaar wordt om met lab-experimenten het juiste substraat te achterhalen, schrijven onderzoekers van vijf Amerikaanse universiteiten in Nature.

Volgens projectleider John Gerlt (University of Illinois) is zoiets wel nodig ook nu dankzij moderne sequencingtechnieken de berg onbekende enzymen in alarmerend tempo hoger wordt. ‘Er zijn nu bijna 42 miljoen aminozuursequenties bekend, en van slechts de helft van die eiwitten weten we de functie redelijk zeker.’

De aanpak van het door hem geleide Enzyme Function Initiative leunt sterk op een ‘ligand docking library’ met 87.089 kleine moleculen waarvan vermoed wordt dat ze op minstens één enzym passen.

In de Nature-publicatie wordt beschreven hoe een enzym genaamd PDB 2PMQ door de molen is gehaald. Het enzym is afkomstig uit Pelagibaca bermudensis, een in zee levende bacterie waraover weinig bekend is. Om te beginnen werd de 3D-structuur van het enzym bepaald, en vervolgens liet een computer al die 87.089 mogelijke liganden er op los om te zien wat het beste paste.

Tegelijk werd gekeken wat voor genen er in de buurt van het voor dit enzym coderende gen zaten. Zeker bij bacteriën zijn genen, die vlak naast elkaar zitten, vaak bij dezelfde metabole route betrokken. Als je dan van een aantal de functie ongeveer weet, kun je raden wat de rest moet doen.

Zo redenerend bleven er van de 87.089 mogelijkheden maar vier over, allemaal betaïnes. Labproeven wezen vervolgens uit dat één daarvan, trans-4-hydroxy-L-prolinebetaïne (tHyp-B) inderdaad het gezochte substraat is.

Dat maakte het weer mogelijk om het enzym te catalogiseren als een Hyp-B 2-epimerase. Het blijkt te werken als een soort schakelaar, die bepaalt of tHyp-B wordt gemetaboliseerd of niet. Dat molecuul dient namelijk niet alleen als koolstofbron maar helpt ook bij het afstemmen van de inwendige osmotische druk op het zoutgehalte van het omringende water.

Waarmee meteen de functie bekend is van minstens 20 enzymen uit evenzovele andere bacteriën, die er qua aminozuurvolgorde sprekend op lijken. En van een aantal andere enzymen die betrokken zijn bij de verdere metabole afbraak van tHyp-B. Die hele metabole route was namelijk nog niet bekend.

Het zou kunnen leiden tot een sneeuwbaleffect. De tijd dat je als onderzoeker je leven aan één enkel enzym kon wijden is volgens Gerlt dan ook voorbij: ‘We can’t keep looking at problems in isolation.’

bron: University of Illinois