Исследователи использовали развитие пробирки для создания нового, меньшего фермента, все еще выполняющего функцию его естественного коллеги. Эта стратегия демонтажа фермента или другого протеина к его предметам первой необходимости, описанным в сегодняшней проблеме Науки, могла показать способ, которым диктуют определенные петли и сгибы, как работает протеин.
Метод мог бы также привести к крошечным молекулам, сохраняющим функцию терапевтического протеина, длясь дольше в органе.Биохимики использовали искусственную версию развития для очистки натуральных ферментов, делая новые варианты, работающие быстрее, дольше, и при более высоких температурах.
Теперь бригада во главе с химиком Дональдом Хильвертом из швейцарского федерального Технологического института в Цюрихе, работающем в Научно-исследовательском институте Scripps в Ла-Хойе, Калифорния, проявила этот подход в немного отличающемся направлении путем сокращения вниз фермента. Цель исследователей была мутазой chorismate (CM), ферментом, помогающим бактериям, и высшие растения делают определенные аминокислоты. CM является димером: два идентичных мономера, каждый состоящий из трех helices, захваченных в трудном объятии.
Группа Хильверта намеревалась разделять их и вынуждать единственный мономер развиться, способность димера катализировать химическую реакцию должна была сделать аминокислоты.Разделение димера потребовало, чтобы исследователи согнули один из helices в «U» путем вставки нового поворота.
Поскольку почти невозможно предсказать, как поворот изменит структуру или функцию спирали, члены команды Хильверта решили позволить естественному отбору выбрать победителя. Они создали «библиотеку» последовательностей ДНК, кодирующих миллионы версий фермента, каждого с различным поворотом, и скользивший эти гены в напряжение кишечной палочки, которая не может сделать CM. Затем, они добавили давление отбора: бактерии были выращены на еде, испытывающей недостаток в аминокислотах, которые CM помогает сделать. Это означало, что бактерии с мономерами, работающими как димер, процветали бы, в то время как плохо оборудованные бактерии погибнут. «Мы позволяем организмам победить его», говорит Хильверт.
Они нашли, что 0,05% вариантов был мономерами, которые могли работать, а также оригинальный димерный CM.«Это – впечатляющее выполнение», говорит Фрэнсис Арнольд, инженер-химик в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, применивший развитие к дизайну протеина. Воссоздавая функцию фермента в молекуле с различной структурой, Арнольд добавляет, «очень трудная проблема проектирования – и он позволил природе сказать ему, каковы ответы».
Этот вид модернизации может также иметь практические выплаты – среди них, заставляя ценные протеины прекратить наносить удар в промышленных чанах.