酶的祖先复活来提高热稳定性

研究人员更加活跃,热宽容版本的两个潜在有用的酶通过重构形式被认为存在于4.5亿年前现代所有脊椎动物的祖先。他们说这种方法,证明在细胞色素P450和ketol-acid reductoisomerase (KARI)——可能是有用的生物催化剂的设计能够在工业条件下进行的化学转换。

伊丽莎白Gillam澳大利亚昆士兰大学的解释道细胞色素P450酶,它通常存在于肝脏和各种分子参与新陈代谢,化学家,因为他们感兴趣的催化碳氢键functionalisations有用。但与其他酶往往崩溃在体外和高温都没有好结果。“我们所做的就是这些生物催化剂,稳定的Gillam说。“我们回到了祖先的这些酶形式,结果是祖传的形式非常耐热性的——它可以非常高的温度和在环境温度下可以持续很长一段时间。”

重建祖先酶并不是一个全新的想法。研究人员推断过去数百万年之前,地球是热,所以酶进行类似的反应最早的生命形式必须在更高的温度。虽然大部分工作集中在前寒武纪时代(4500 - 540年前),Gillam的组织重建的最近的一个祖先的酶,从现代所有脊椎动物的祖先。

的优势只会回到最早的脊椎动物是我们有更多的信心祖先的序列的预测——更早,更多的不确定性,“Gillam解释道。

团队收集了138种不同的基因序列的信息形式的酶,这种酶存在于今天的脊椎动物。当你得到所有这些序列对齐,所以你工作的不同部分如何与其他酶酶序列对齐序列,然后从你可以推出一个进化树,“Gillam说。”这两件事——对齐序列的进化树可以使用生物信息学算法找出最可能的祖先是什么。”

下一步是构建一个酶的基因,然后介绍到大肠杆菌细菌,这样他们会使酶,可以活动和稳定性等性能进行测试。Gillam说,发现这个特殊的祖先有优越的热稳定性是偶然发现的。

“我们实际上并没有获得一个耐热酶的方法。我们所要做的只是做一个非常大的图书馆的酶来映射出了一种酶稳定或能够正确折叠,”她说。”这是一个伟大的惊喜,我们发现它是非常,非常耐热性的。我们希望如果你回到前寒武纪条件,酶耐热性的因为地球经历环境很热的时候。但是我们只是从最早的脊椎动物祖先…然后周围的温度只有10°C和今天不同。

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意识到祖先的酶有这些属性后,团队使用了定向进化序列作为模板,这允许他们进化酶有更好的热稳定性,能运行在温度超过30°C温度和现代细胞色素p450超过100倍左右。

他们想调查是否同样的方法将与其它酶,所以他们让脊椎动物祖先KARI的酶酶目前用于制造butanol-based生物燃料。祖先的形式不仅有优越的耐热性,但更活跃的8倍大肠杆菌形式,目前用作生物燃料生产的一个模型。

保罗Dalby伦敦大学学院的生物化学工程师在英国,赞扬了“令人印象深刻的深度”的工作,特别是图书馆的建设上的变异酶的可能的祖先。他们已经表明,这可能是一个很好的起点做定向进化,”他补充道。