Изменение ферментов для чистой энергии и профилактики болезней

β-гликозидазы — это ферменты, играющие множество ролей в природе. Они могут участвовать в метаболических нарушениях и расщеплять прочные растительные волокна. Фредж Бен Бдира изменил эти ферменты, чтобы повысить производство чистой энергии и улучшить лечение пациентов с метаболическими заболеваниями.

Жизнь построена на химических реакциях. Эти реакции могут происходить спонтанно, но могут занимать очень много времени. Однако в ходе эволюции организмы создали "электростанции", которые позволяют этим реакциям происходить менее чем за секунду, объясняет Бен Бдира. Эти "электростанции" называются ферментами. "Спонтанное расщепление сахарного полимера, например, может занять миллионы лет. Тогда полимер будет гидролизован, что приведет к образованию более мелких молекул. Но ферменты могут гидролизовать сахарный полимер за секунду или меньше. Это необходимо для производства энергии и молекул, которые нужны организмам для их метаболизма, и поэтому это важно для их выживания".

Распространенные ферменты

Как кандидат наук в Лейденском институте химии, Бен Бдира последние четыре года изучал β-гликозидазы. Эти ферменты широко распространены и встречаются в каждом живом организме. Они участвуют в различных метаболических путях. У людей α-гликозидазы находятся в слюне и помогают расщеплять крахмал, содержащийся в хлебе и т.д. Гликозидазы также участвуют в коммуникации между клетками. Существует множество других применений этого фермента.

Чистая энергия

В последние десятилетия, по мере быстрого развития науки и технологий, исследователи начали использовать β-гликозидазы для производства чистой энергии. "Мы исследуем, как можно использовать ферментацию для превращения целлюлозы, извлеченной из растений, в топливо. Для этого мы полагаемся на гликозидазы, особенно β-гликозидазы. Вместе с коктейлем других ферментов эти белки превращают целлюлозу в биоэтанол. Я хотел понять, как можно перестроить их, чтобы сделать более эффективными. Это тема моей диссертации".

Бен Бдира изучал ксиланазу — тип β-гликозидазы, расщепляющей ксилан. "Ксилан — это цепь молекул сахара, которая содержится в клеточных стенках растений. Это основной компонент древесины и второй по распространенности возобновляемый биоматериал. Вопрос заключался в том, как ксиланаза справляется с такой длинной цепью сахаров. Понимая этот фундаментальный аспект, мы могли бы эффективно манипулировать ферментом для использования в промышленных условиях для производства биотоплива. Когда я модифицировал фермент, он начал производить полимер вместо того, чтобы разрезать ксилан на мелкие кусочки. Этот полимер можно использовать для создания более крупных молекул для производства биотоплива".

Метаболические заболевания

В организме человека любая функция или дисфункция гликозидаз может привести к метаболическим заболеваниям. В человеческом теле существуют три типа β-гликозидаз. Если одна из них, глюкоцереброзидаза, дефицитна и больше не активна, это вызывает накопление сахара в клетках. Это может привести к болезни Гоше, характеризующейся такими симптомами, как синяки, усталость и анемия. Наиболее эффективные методы лечения болезни Гоше являются дорогостоящими и недоступными для многих пациентов по всему миру.

Бен Бдира: "Я стремился понять, как функционирует глюкоцереброзидаза. Мы пытаемся выяснить, как можно повысить стабильность ферментов у пациентов с болезнью Гоше, тем самым позволяя ферментам работать дольше и лучше в клетках, расщепляя накопленные сахара. Это может привести к доступному лекарству от метаболических нарушений, таких как болезнь Гоше".

Поэтому Бен Бдира исследовал малые молекулы, взаимодействующие с глюкоцереброзидазой. Эти молекулы называются фармакологическими шаперонами. Они помогают нестабильному белку снова работать правильно, исправляя метаболическое нарушение. Но точное влияние этих молекул на фермент еще не до конца понято. По этой причине Бен Бдира изучал эти различные молекулы, чтобы создать молекулу, которую можно было бы использовать против болезни Гоше. В будущем он надеется, что эти знания можно будет использовать для снижения последствий метаболических заболеваний.