Computer hertekent enzym

Pers / media: Activiteiten met een maatschappelijk belangPopular

Description

Computer hertekent enzym

 Ook zonder tijdrovend evolutieproces kun je de functie van een enzym wijzigen. Computersimulaties kunnen inmiddels prima voorspellen wat je daarvoor aan de aminozuurvolgorde moet doen, claimen Groningse en Chinese onderzoekers in Nature Chemical Biology.

Om het te bewijzen hebben Dick JanssenHein Wijma, Bian Wu en collega’s een aspartase-enzym, dat van nature maar één kunstje kan, gepromoveerd tot een veelzijdige toolkit voor industriële productie van β-aminozuren.

Dat aspartase komt uit een Bacillus-soort. Het katalyseert de omzetting van aspartaat in fumaraat en ammoniak, of omgekeerd. Het enzym is robuust en werkt geheel zelfstandig, zonder cofactor. Op zich is het daarom zeer aantrekkelijk voor de industrie.

Alleen is het een van de meest selectieve enzymen die er bestaan. Met andere substraten dan aspartaat kan het in het geheel niet overweg, zelfs niet een klein beetje. Je kunt dus ook niet via gerichte evolutie de voorkeur voor zo’n ander substraat versterken, om zo het enzym geschikt te maken voor een nieuwe taak.

Dankzij een combinatie van röntgenkristallografie en rekenwerk is echter vrijwel exact bekend hoe dit enzym werkt, en welke aminozuren in de keten daarbij welke chemische rol vervullen. Dat maakte het mogelijk om op de computer een gewijzigde keten te ontwerpen waarvan het actieve gedeelte zichzelf vouwt in een 3D-vorm waar een ander molecuul in past dan aspartaat, terwijl de essentiële chemische functies toch weer precies op de juiste plek terecht komen.

Het vergt een enorme hoeveelheid rekenwerk omdat je voor elk aminozuur in de buurt van de actieve plek twintig verschillende keuzemogelijkheden moet doorrekenen. Maar dankzij slimme algoritmes, die voorrang geven aan de meest veelbelovende wijzigingen, blijkt een Gronings computercluster binnen een aantal dagen te kunnen komen tot bruikbare voorstellen.

Om te beginnen is zo een enzym gemaakt dat crotonzuur omzet in (R)-β-aminoboterzuur. De computer kwam met 34 suggesties, waarvan er 14 daadwerkelijk de gewenste omzetting bleken te katalyseren. De beste daarvan zijn in China uitgetest op kilogramschaal; één ervan presteert qua omzetting, toelaatbare substraatconcentratie en enantioselectiviteit goed genoeg om industriële toepassing het proberen waard te maken. Daar blijken vier gewijzigde aminozuren voor nodig te zijn.

De Groningers hebben ook al met succes enzymen ontworpen voor de productie van (R)-β-aminopentaanzuur, (S)-β-asparagine en (S)-β-fenylalanine.

bron: RUG, Nature Chemical Biology

Periode22-mei-2018

Media-aandacht

1

Media-aandacht

  • TitelComputer hertekent enzym
    Mate van erkenningNational
    Media naam/outletC2W - Platform voor professionals in de chemie en life sciences
    MediatypeWeb
    LandNetherlands
    Release datum22/05/2018
    BeschrijvingOok zonder tijdrovend evolutieproces kun je de functie van een enzym wijzigen. Computersimulaties kunnen inmiddels prima voorspellen wat je daarvoor aan de aminozuurvolgorde moet doen, claimen Groningse en Chinese onderzoekers in Nature Chemical Biology.
    Om het te bewijzen hebben Dick Janssen, Hein Wijma, Bian Wu en collega’s een aspartase-enzym, dat van nature maar één kunstje kan, gepromoveerd tot een veelzijdige toolkit voor industriële productie van β-aminozuren.

    Dat aspartase komt uit een Bacillus-soort. Het katalyseert de omzetting van aspartaat in fumaraat en ammoniak, of omgekeerd. Het enzym is robuust en werkt geheel zelfstandig, zonder cofactor. Op zich is het daarom zeer aantrekkelijk voor de industrie.

    Alleen is het een van de meest selectieve enzymen die er bestaan. Met andere substraten dan aspartaat kan het in het geheel niet overweg, zelfs niet een klein beetje. Je kunt dus ook niet via gerichte evolutie de voorkeur voor zo’n ander substraat versterken, om zo het enzym geschikt te maken voor een nieuwe taak.

    Dankzij een combinatie van röntgenkristallografie en rekenwerk is echter vrijwel exact bekend hoe dit enzym werkt, en welke aminozuren in de keten daarbij welke chemische rol vervullen. Dat maakte het mogelijk om op de computer een gewijzigde keten te ontwerpen waarvan het actieve gedeelte zichzelf vouwt in een 3D-vorm waar een ander molecuul in past dan aspartaat, terwijl de essentiële chemische functies toch weer precies op de juiste plek terecht komen.

    Het vergt een enorme hoeveelheid rekenwerk omdat je voor elk aminozuur in de buurt van de actieve plek twintig verschillende keuzemogelijkheden moet doorrekenen. Maar dankzij slimme algoritmes, die voorrang geven aan de meest veelbelovende wijzigingen, blijkt een Gronings computercluster binnen een aantal dagen te kunnen komen tot bruikbare voorstellen.

    Om te beginnen is zo een enzym gemaakt dat crotonzuur omzet in (R)-β-aminoboterzuur. De computer kwam met 34 suggesties, waarvan er 14 daadwerkelijk de gewenste omzetting bleken te katalyseren. De beste daarvan zijn in China uitgetest op kilogramschaal; één ervan presteert qua omzetting, toelaatbare substraatconcentratie en enantioselectiviteit goed genoeg om industriële toepassing het proberen waard te maken. Daar blijken vier gewijzigde aminozuren voor nodig te zijn.

    De Groningers hebben ook al met succes enzymen ontworpen voor de productie van (R)-β-aminopentaanzuur, (S)-β-asparagine en (S)-β-fenylalanine.

    bron: RUG, Nature Chemical Biology
    Producent / auteurArjan Dijkgraaf
    URLhttps://www.c2w.nl/nieuws/computer-hertekent-enzym/item19952
    PersonenDick Janssen, Hein Wijma