Искусственный интеллект упрощает инженерию ферментов

Исследователи из Университета Осаки разработали метод, позволяющий адаптировать ферменты к новым условиям — цели, остававшейся недостижимой более 30 лет. Работа опубликована в ACS Synthetic Biology.

Обычно ферменты эффективно работают только в строго определённой клеточной среде. Их перестройка для работы в других условиях (например, подходящих для производства биотоплива) традиционно требовала трудоёмкого экспериментального перебора.

Искусственный интеллект может сократить этот перебор, но часто опирается на кристаллические структуры ферментов, которые могут быть недоступны. Это вынуждает учёных делать лишь предположения о том, какие аминокислоты следует мутировать.

Новый подход:

Исследователи создали метод, который ранжирует аминокислоты для мутации, основываясь только на широко доступных аминокислотных последовательностях аналогичных ферментов из других живых видов. Они сосредоточились на малик-энзиме и аминокислотах, отвечающих за его специфичность к субстрату и кофактору.

Ключевой принцип:

Анализируя эволюцию, учёные выявляли аминокислотные последовательности, которые не менялись у разных видов. Это позволило определить, какие мутации являются адаптацией к различным клеточным условиям.

Результат:

«С помощью искусственного интеллекта мы выявили неожиданные аминокислотные остатки в малик-энзиме, которые соответствуют использованию ферментом разных редокс-кофакторов», — говорит соавтор Хироши Шимизу.

Это помогло понять механизм субстратной специфичности фермента и облегчит его оптимальную инженерию в лабораториях.

Значение:

Метод позволяет кардинально перенастроить специфичный режим действия фермента, не меняя его основную функцию, и не требует знания кристаллической структуры. Это ускорит прогресс в областях, требующих тонкой настройки ферментов, — от фармацевтики до производства биотоплива.