Метагеномика поможет найти основу для нового биотоплива — Naked Science
24.09.2020
ФизТех

Метагеномика поможет найти основу для нового биотоплива

4.2

Ученые из МФТИ совместно с коллегами из исследовательского центра города Юлиха в Германии изучили природное разнообразие ферментов, превращающих жирные кислоты в углеводородные цепи под воздействием синего света. Исследователи нашли отличительные особенности белков и проследили их наследование между разными родственными организмами. Эти результаты помогут в поиске новых ферментов семейства и дизайне белков для применения в химической промышленности.

Метагеномика поможет найти основу для нового биотоплива / ©i0.wp.com

Результаты опубликованы в журнале Catalysts. В последние десятилетия повышается популярность исследований ферментов, особенно работающих под воздействием света. Такие вещества значительно ускоряют специфичные химические реакции, не требуя при этом специальных химических условий или большого повышения температуры.

Природные катализаторы могут быть применены для получения топлива из биоматериалов в промышленных масштабах, что приведет к увеличению темпов развития биоэкономики и увеличению интереса к возобновляемым источникам энергии на основе биоматериалов.

Природные фотокатализаторы открывают широкие возможности для промышленной органической химии. Сегодня интересным классом ферментов стали недавно открытые фотодекарбоксилазы жирных кислот, которые под воздействием синего света превращают жирные кислоты в длинные углеводороды. Естественная эволюция привела к появлению широкого разнообразия ферментов, однако катализаторы оказались неспособны работать с короткими углеродными цепочками, что могло бы повысить их применимость в промышленности.

Реакция, катализируемая фотодекарбоксилазой / ©Изображение предоставлено автором исследования / Пресс-служба МФТИ

Такие экспериментальные методы, как направленная эволюция и рациональный дизайн белков, позволяют получать ферменты с заранее заданными свойствами, но на перебор всех возможных вариантов уйдет непозволительно много времени. Помочь может метагеномика — сбор данных о последовательностях без подробного исследования организмов хозяев и их компьютерный анализ. Эта область появилась недавно, но уже сейчас предоставляет большие объемы информации о различных белках.

Авторы исследования начали со структуры наиболее изученной фотодекарбоксилазы жирных кислот, в которой определили активные участки, отвечающие за ферментативную активность. Из большого семейства, в которое входят фотодекарбоксилазы, по двум критически важным для работы аминокислотам были выделены все интересующие белки. Оказалось, что во всех исследуемых ферментах отсутствует гистидин возле активной области, который имеется во всех остальных белках семейства.

Кроме того, практически все они содержат еще две сохраняющиеся аминокислоты в одних и тех же местах последовательности. Некоторые другие аминокислоты в активном центре иногда мутированы, но встречаются все еще часто. Наиболее вариабельными оказались фрагменты, окружающие гидрофобную часть жирной кислоты во время реакции. Возможно, их изменение позволит повысить эффективность работы фермента. Также исследователи построили филогенетическое древо исследованных белков — оно примерно повторило родственные связи между организмами хозяев последовательностей.

Филогенетическое древо исследованных фотодекарбоксилаз. Белки образуют несколько кластеров, в некоторых из которых нет представителей известных микроорганизмов / ©www.mdpi.com / Пресс-служба МФТИ

«Когда мы хотим получить белок с заранее заданными свойствами, мы ищем какой-то похожий в природе и пытаемся его модифицировать. Возможно, естественная эволюция уже сделала все за нас, и нам нужно только отыскать наш белок. После появления метагеномики мы получили возможность извлекать информацию о последовательностях, даже не зная, к каким организмам они относятся. Это позволяет сравнивать значительно больше белков между собой и искать закономерности, которые определяют активность белка.

Метагеномика позволяет сильно уменьшить количество экспериментов, необходимых для получения белка с оптимальной активностью и устойчивостью к агрессивным средам. Наша работа направлена как раз на это — мы сравнили последовательности фотодекарбоксилаз жирных кислот, найденных в известных организмах и метагеномных данных, и нашли как сохраняющиеся, так и вариабельные мотивы.

Полученные результаты помогут понять, какие аминокислоты можно заменить для повышения эффективности ферментов для применения в промышленном производстве», — рассказывает Иван Гущин, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ. Проект выполнен при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Вчера, 14:34
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

Вчера, 11:54
Александр Березин

Среди полностью привитых препаратом от центра «Вектор» процент заболевших Covid-19 слабо отличим от процента заболевших среди тех, кто не прошел вакцинацию. В то же время среди привитых другими вакцинами этот показатель в несколько раз ниже, чем среди непривитых.

Вчера, 20:51
Илья Ведмеденко

Bell показала концепты скоростных аппаратов, способных зависать в вертолетном режиме. Предполагается, что они будут иметь скорость, сравнимую с реактивными самолетами.

1 августа
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

29 июля
Сергей Васильев

В Канаде обнаружили окаменелости, поразительно похожие на скелет морских губок и при этом на миллионы лет старше Кембрийского взрыва, когда появились современные типы животных.

28 июля
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: