p Um grupo de pesquisadores da Universidade de Ottawa tem procurado maneiras de melhorar as metodologias de projeto de enzimas e publicou recentemente suas descobertas em Nature Communications . p As enzimas são usadas em muitas aplicações industriais e biotecnológicas. Com suas inúmeras propriedades benéficas, eles são os catalisadores mais eficientes conhecidos - eles têm até o poder de acelerar as reações químicas em mais de um bilhão de vezes. Mas, uma vez que o número de atividades enzimáticas que ocorrem naturalmente é limitado, o número de aplicações também permanece limitado. Embora os pesquisadores tenham conseguido criar enzimas artificiais, sua eficiência catalítica não atinge o mesmo nível das enzimas naturais.

p Conversamos com o autor sênior Roberto Chica, Professor Titular do Departamento de Química e Ciências Biomoleculares da Universidade de Ottawa, para saber mais sobre suas descobertas.

p Você pode nos contar mais sobre enzimas projetadas artificialmente?

p "Nos últimos 20 anos, pesquisadores projetaram com sucesso enzimas artificiais do zero para uma variedade de transformações orgânicas modelo. Isso foi feito usando um procedimento chamado 'projeto de enzima computacional', em que um sítio catalítico foi construído computacionalmente em uma estrutura de proteína pré-existente desprovida da atividade catalítica alvo.

p Embora tenha sucesso, esta abordagem produziu exclusivamente enzimas artificiais exibindo eficiências catalíticas que são ordens de magnitude mais baixas do que aquelas de enzimas naturais, exigindo otimização subsequente usando o que é chamado de 'evolução direcionada' para melhorar a atividade. A evolução dirigida é um processo pelo qual mutações aleatórias são introduzidas em uma proteína para gerar uma grande biblioteca de enzimas mutantes, que são então rastreados para identificar mutações benéficas. Freqüentemente, requer várias rodadas de mutagênese aleatória e triagem para aumentar significativamente a atividade. "

p Como sua pesquisa se relaciona com a evolução dirigida?

p “No nosso trabalho, revelamos como a evolução direcionada melhora a eficiência catalítica de um biocatalisador projetado computacionalmente em aproximadamente 1000 vezes, ajustando o conjunto de subestados estruturais que a enzima pode amostrar para favorecer aqueles que são cataliticamente competentes.

p Com base nessas observações, nós projetamos um biocatalisador artificial com uma eficiência catalítica equivalente à da enzima natural média. "

p Qual é a descoberta impactante?

p "Desenvolvemos um novo procedimento computacional para projeto de enzima que é mais preciso do que os métodos anteriores porque permite aproximar a flexibilidade intrínseca do esqueleto da proteína usado como modelo para o projeto."

p Por que isso é importante?

p "Isso é importante porque os métodos anteriores focavam na criação de uma estrutura estável que ignorava o dinamismo inerente às enzimas naturais, o que é crucial para a sua função (ou seja, as enzimas devem "mover-se" para serem catalisadores eficientes).

p Anteriormente, não se sabia se uma enzima artificial exibindo uma eficiência catalítica semelhante à de uma enzima natural poderia ser projetada computacionalmente. Mostramos que isso é possível, mas apenas usando um conjunto estrutural de modelos de proteínas que se aproximam da flexibilidade conformacional em vez de um único modelo, como feito anteriormente.

p Os resultados apresentados em nosso manuscrito sugerem que o projeto de enzima computacional usando um conjunto estrutural pode evitar a necessidade de evolução dirigida, permitindo que subestados cataliticamente competentes sejam amostrados durante o procedimento de projeto. "

p Quais são as aplicações potenciais de sua pesquisa?

p "Se pudéssemos projetar, do princípio, enzimas que podem catalisar qualquer reação química alvo com alta eficiência, abriria a porta para biotecnologias altamente valiosas que atualmente são inacessíveis com o uso de enzimas naturais. "

p Existe algo que você gostaria de acrescentar?

p Sim, a pesquisa ocorreu de 2018 a 2020, na Universidade de Ottawa e na Universidade da Califórnia, São Francisco.

p O artigo "Projeto de enzima baseado em conjunto pode recapitular os efeitos da evolução dirigida em laboratório in silico" foi publicado recentemente em Nature Communications .