Подбор подходящих биореагентов

Отсортировать изумляющее множество химических соединений клетки, чтобы найти конкретный фермент, — сложная задача. Для ее решения у нас есть несколько возможностей:

• начать с клетки, активно выполняющей интересующую нас функцию, случайным образом выделить ферменты и определить аминокислотную последовательность каждого из них. Затем сравнить структуру данного фермента со структурой ферментов с известной функцией, чтобы выявить сходства. Вы можете и не найти фермент с нужной функцией;

• выделить мРНК из клеток, активно синтезирующих желаемое вещество, и посмотреть на ферменты, которые образуются в процессе трансляции на матрице мРНК. Сконцентрировать внимание на ферментах, присутствие которых зависит от активности клетки. Затем, как и в предыдущем подходе, сравнить структуру данного фермента со структурой ферментов с известной функцией, чтобы выявить сходства;

• использовать популяцию неактивных клеток, случайным образом добавляя ферменты и отбирая популяции клеток, у которых появится нужная активность. Вы можете заключить, что фермент, в результате добавления которого в популяции клеток проявляется необходимая активность, и есть тот самый фермент, который вы ищете.

Вы скажете, что слишком много работы? Действительно, эти подходы очень трудоемки, и открытие новых ферментов — задача не из легких. Биоэнзимы, используемые в промышленности, ограничены ферментами, синтезируемыми немногочисленными, хорошо изученными организмами, например Е. coli.

Фактором, определяющим возможность активных исследований в этой области, стало создание обширной базы данных по структуре и аминокислотной последовательности белков. Структуры белков были проанализированы, чтобы выявить сходство между белками со сходными функциями. Сотни тысяч природных ферментов относятся к ограниченному числу архетипов или суперсемейств. Белки, относящиеся к одному суперсемейству, имеют сходную структуру и функцию и найдены у отдаленно родственных видов. Вновь открытый фермент можно сравнить по структуре с ферментами, чья функция уже известна, и таким образом определить место, которое он займет в созданной нами классификации. Однако установление принадлежности фермента к определенному семейству и даже сопоставление его аминокислотной последовательности со сходной последовательностью других ферментов необязательно решит проблему. Вспомните, что функция фермента зависит от его трехмерной структуры, а замена всего лишь нескольких аминокислот может привести к образованию белка с абсолютно иной функцией. Тем не менее использование современных компьютерных технологий в последнее десятилетие дало возможность существенно увеличить эффективность биологического скрининга, что привело к обнаружению большого числа потенциально полезных биоэнзимов, объясняющее патентную активность последних лет. Вы можете сейчас добавить к списку химических веществ клетки, представляющих несомненный интерес, РНК, обладающие каталитическими свойствами, и даже катализаторы ДНК. На рис. 12.1 суммированы процессы, которые используются для обнаружения клеточных ферментов.

Обнаружение и анализ клеточных ферментов

Рис. 12.1. Обнаружение и анализ клеточных ферментов


Оставить комментарий

Ваш комментарий