Investigadores de la Universidad de Bristol han demostrado cómo la evolución del laboratorio puede dar lugar a enzimas altamente eficientes para reacciones nuevas en la naturaleza. abriendo la puerta a formas novedosas y más respetuosas con el medio ambiente de fabricar medicamentos y otros productos químicos.

Los científicos han diseñado previamente catalizadores de proteínas desde cero utilizando computadoras, pero estos son mucho menos capaces que las enzimas naturales. Para mejorar su desempeño, se puede utilizar una técnica llamada evolución de laboratorio, en la que fue pionera la ingeniera química estadounidense Frances Arnold y por la que recibió el Premio Nobel en 2018. La evolución dirigida imita la selección natural, permitiendo a los científicos utilizar el poder de la biología para mejorar la capacidad de las proteínas para realizar tareas como catalizar una reacción química específica.

Pero aunque el equipo de investigación había utilizado recientemente la evolución de laboratorio para mejorar una enzima diseñada en más de 1, 000 veces, se desconocía cómo la evolución impulsa su actividad. Hasta ahora.

El autor principal, el profesor Adrian Mulholland de la Escuela de Química de Bristol, dijo:"La evolución puede hacer que los catalizadores sean mucho más activos. La evolución funciona de formas misteriosas:por ejemplo, las mutaciones que aparentemente mejoran la catálisis a menudo implican cambios en los aminoácidos lejos del sitio activo donde ocurre la reacción ".

"Queríamos entender cómo la evolución puede transformar biocatalizadores de diseño ineficientes en enzimas altamente activas", el primer autor del estudio, Dr. Adrian Bunzel, dijo.

Para hacerlo el equipo de investigación internacional de Bristol, la ETH de Zúrich y la Universidad de Waikato (NZ) recurrieron a las simulaciones moleculares por ordenador. "Estos muestran que la evolución cambia la forma en que se mueve la proteína, su dinámica. En pocas palabras, la evolución 'sintoniza' la flexibilidad de toda la proteína, "añadió.

El equipo también identificó la red de aminoácidos en la proteína responsable de este "ajuste". Estas redes involucran partes de la proteína que son cambiadas por la evolución.

Dr. Bunzel dijo:"Después de la evolución, toda la proteína parece trabajar en conjunto para acelerar la reacción. Esto es importante porque cuando diseñamos enzimas, a menudo nos centramos solo en el sitio activo, y olvídate del resto de la proteína ".

El profesor Mulholland agregó:"Este tipo de análisis podría ayudar a diseñar enzimas 'de novo' más efectivas, para reacciones que anteriormente no podíamos apuntar ".

La investigación, publicado en Química de la naturaleza , revela cómo la evolución hace que las enzimas de diseño sean más poderosas, allanando el camino hacia catalizadores hechos a medida para la química verde.

Los investigadores ahora usarán sus hallazgos para ayudar a diseñar nuevos catalizadores de proteínas.