Mientras las enzimas de flujo libre viajan en medio de un mar de polímeros, Un equipo de Northwestern Engineering descubrió que esas enzimas prefieren unirse a ciertas secuencias de polímeros sobre otras, un descubrimiento que podría conducir a aplicaciones en una amplia gama de campos que van desde el procesamiento de desechos nucleares hasta la administración de medicamentos.

"De todos estos lotes de aleatoriedad, descubrimos que cada enzima en particular selecciona una secuencia que más le gusta, "dijo Mónica Olvera de la Cruz, el Profesor Lawyer Taylor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas McCormick de Northwestern, quien dirigió el estudio. "Eso es importante porque arroja luz sobre cómo podríamos diseñar la composición de un lote de polímeros, por lo que dispersarán las enzimas de forma activa en entornos no biológicos ".

Escrito por Olvera de la Cruz y dos colegas del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de McCormick, el investigador asociado principal Trung Dac Nguyen y el profesor asistente de investigación Baofu Qiao, el estudio, titulado "Encapsulación eficiente de proteínas con copolímeros aleatorios, "publicado hoy, Junio ​​11, en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Las enzimas juegan un papel vital en una variedad de procesos químicos y biológicos al facilitar y dirigir reacciones bioquímicas. Debido a la limitada solubilidad de algunos sustratos en agua, preservar y / o mejorar la capacidad catalítica de algunas enzimas en soluciones no acuosas es una demanda creciente. Sin embargo, la mayoría de las enzimas pierden rápidamente su actividad química cuando se exponen a entornos no biológicos, incluyendo disolventes orgánicos como tolueno y tetrahidrofurano. Si bien se han empleado numerosas estrategias de estabilización de enzimas, como secuencias de enzimas de ingeniería inversa, decorar enzimas con tensioactivos, o modificando los disolventes, la mayoría de ellos se limitan a enzimas y disolventes específicos o no son rentables.

Realización de simulaciones por computadora en Quest, La instalación computacional de alta potencia de Northwestern, los investigadores examinaron:los factores clave que determinaron la cobertura de los copolímeros aleatorios con diferentes tipos de enzimas en un solvente dado; cómo las enzimas seleccionaron los copolímeros aleatorios para protegerse de los disolventes desfavorables; y la relación entre las características de la superficie de la enzima y las características del polímero.

"Descubrimos que las enzimas seleccionan de hecho ciertas secuencias de polímeros que cubren mejor su superficie fuera del conjunto de polímeros, ", Dijo Trung." Los copolímeros aleatorios proporcionan una composición y diversidad de secuencia similar a la de las enzimas desordenadas, lo que explica por qué pueden cubrir de manera eficiente numerosas enzimas de diferentes tamaños, forma, y patrones de superficie ".

El estudio, impulsado por una subvención del Departamento de Energía de EE. UU. y el apoyo de la Fundación Sherman Fairchild que permitió el trabajo computacional, destaca que esta familia especial de copolímeros es un excelente material candidato para sintetizar orgánulos sin membrana (las gotas de líquido del tamaño de una micra dentro de las células de los organismos vivos), así como para estabilizar y administrar enzimas a través de múltiples medios no biológicos.

"Ahora, por ejemplo, Los investigadores de la industria farmacéutica están tratando de hacer coincidir las secuencias a la perfección, Olvera de la Cruz dijo:"Nuestro descubrimiento proporciona pautas para hacer que la dispersión de enzimas sea mucho más rentable y eficiente".

Olvera de la Cruz y sus colegas ahora planean investigar cómo los orgánulos sin membrana podrían formarse espontáneamente con estos copolímeros-enzimas, cómo controlar sus tamaños, y cómo las propiedades estructurales de las enzimas podrían verse afectadas dentro de los orgánulos.

"El siguiente paso será explorar las posibilidades de concentrar diferentes enzimas juntas, que es muy prometedor en el avance de su capacidad catalítica, en la creación de nuevos productos químicos, así como en el procesamiento de residuos industriales, de una manera eficiente, "Dijo Olvera de la Cruz.