Метагеномика поможет найти основу для нового биотоплива — Naked Science
8 минут
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.
ФизТех
212 статей
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.
Позавчера, 21:25
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

Позавчера, 19:01
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

Позавчера, 20:48
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые создали компьютерную сеть, которая имитирует человеческий мозг. Благодаря ей удалось выяснить, как человек обрабатывает движущиеся изображения, и понять, как появляются оптические иллюзии.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

Позавчера, 21:25
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

23 февраля
4 минуты
Виктория Сафронова

Звук — шум от передвижения марсохода — записан одним из его микрофонов.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: