• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Química
    Los científicos resucitan proteínas antiguas para proporcionar pistas sobre la innovación molecular

    Imagen de ID23-1, una de las líneas de luz de biología estructural de ESRF donde se llevaron a cabo los experimentos. Crédito:ESRF / P. Jayet

    La actividad enzimática está determinada por la estructura de una región particular de una proteína llamada sitio activo. La generación de sitios activos completamente nuevos capaces de catálisis enzimática es, posiblemente, uno de los problemas sin resolver más fundamentales de la biología molecular.

    Se han desarrollado enfoques de diseño racional y moderno para este problema utilizando métodos computacionales complejos, pero sin resultados concluyentes. En efecto, Los estudios de ingeniería de proteínas a menudo sugieren que la aparición de sitios activos enzimáticos completamente nuevos es muy improbable.

    Hace muchos años, Roy Jensen (actualmente en el Centro Médico de la Universidad de Kansas) propuso que las enzimas primordiales eran capaces de catalizar una diversidad de reacciones. Basado en este trabajo, una colaboración multiinstitucional de científicos exploró y probó estas nociones utilizando β-lactamasas precámbricas resucitadas como andamios para la ingeniería de sitios activos completamente nuevos. Las β-lactamasas precámbricas son proteínas de aproximadamente 3 mil millones de años. Básicamente, los científicos devolvieron la vida a estas proteínas antiguas para poder estudiarlas y comprender mejor cómo surge la complejidad en las especies.

    ¿Cómo es posible resucitar proteínas ancestrales? Las proteínas están hechas de varias combinaciones de componentes básicos de aminoácidos, con una variedad casi infinita de complejidad y función. Los investigadores han recopilado grandes bases de datos de secuencias de proteínas. Al comparar las secuencias de hoy entre sí dentro de un marco evolutivo, los científicos pueden inferir razonablemente la secuencia de una proteína ancestral de la que descienden las versiones modernas utilizando modelos de evolución de secuencia.

    "Las propiedades de estas proteínas ancestrales (β-lactamasas precámbricas) confieren una alta estabilidad estructural y una promiscua actividad enzimática, lo que significa que son capaces de reaccionar con una variedad de sustancias. Estas propiedades respaldan el potencial biotecnológico de la resurrección de proteínas precámbricas porque tanto la alta estabilidad como la promiscuidad mejorada son características deseables en los andamios de proteínas para la evolución dirigida por laboratorio y el diseño molecular. "explica la primera autora Valeria A. Risso de la Universidad de Granada.

    Las estructuras tridimensionales de las β-lactamasas ancestrales y modernas, coloreado por el RMSF calculado. Crédito:Jose Manuel Sanchez-Ruiz y Valeria A.Risso

    Usando estas proteínas precámbricas resucitadas, El equipo demostró que se puede generar un nuevo sitio activo a través de un único reemplazo de aminoácidos hidrófobos a ionizables que genera un grupo parcialmente enterrado con propiedades fisicoquímicas perturbadas. "Hemos descubierto que un diseño minimalista para introducir una actividad de novo (catálisis de la eliminación de Kemp, un punto de referencia común en el diseño de enzimas de novo) falla cuando se realiza con β-lactamasas modernas, pero tiene mucho éxito cuando se utilizan los andamios de β-lactamasas precámbricas hiperestable / promiscuas, "dice Eric A. Gaucher del Instituto de Bioingeniería y Biociencias, Instituto de Tecnología de Georgia.

    Para su experimento, el equipo utilizó tres líneas de luz de biología estructural en el ESRF, el Sincrotrón europeo en Grenoble (Francia):ID29, ID23-1, y la línea de luz "sin intervención" totalmente automatizada MASSIF-1, así como la línea de luz de Xaloc en Alba, el sincrotrón español. “La información estructural tridimensional derivada de los datos obtenidos en el ESRF fue fundamental para la interpretación del trabajo, ya que condujo a una estructura de alta resolución del nuevo sitio activo y proporcionó evidencia concluyente del papel de la reorganización de proteínas en el surgimiento de la nueva función, "explica José A. Gavira, Autor correspondiente, de la Universidad de Granada.

    Este estudio confirma el potencial de la reconstrucción ancestral como herramienta para la ingeniería de proteínas. "Proporcionamos evidencia experimental y computacional de que las enzimas ancestrales resucitadas en el laboratorio harán andamios mucho mejores para la ingeniería de nuevas funciones debido a su alta estabilidad y características dinámicas". "dice José M. Sánchez-Ruiz.

    La innovadora combinación de bioinformática, Biología Computacional, La biología estructural y la biofísica permitieron a los investigadores profundizar en el tiempo evolutivo, y cambiar el curso del potencial evolutivo de una enzima. "Aprender más sobre la vida primordial, y cómo se puede manipular, abrirá muchas nuevas vías para la ciencia y arrojará luz sobre el rompecabezas de cómo los sistemas biológicos complejos evolucionan al nivel molecular más fundamental, "dice la autora correspondiente Lynn Kamerlin del Departamento de Biología Celular y Molecular, Universidad de Uppsala. Este estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza .


    © Ciencia https://es.scienceaq.com