Швейцарские биологи из Базельского университета и Высшей технической школы Цюриха создали бактерии, внутри которых работает искусственный фермент, не имеющий природного аналога. Этот белок, содержащий атомы металла, способен катализировать промышленные химические реакции внутри живой клетки. Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Nature.
Металлофермент, названный biot-Ru-SAV, был создан с использованием биотин-стрептавидиновой технологии. Этот метод основан на высоком сродстве белка стрептавидина к витамину биотину. Различные соединения, привязанные к биотину, таким образом, могут быть внедрены в белок для создания искусственных ферментов. В данном случае ученые использовали металлоорганическое вещество, которое содержало в своей основе рутений.
Металлоорганические соединения представляют собой молекулы, имеющие по меньшей мере одну связь между металлом и атомом углерода. Они часто используются в качестве катализаторов в промышленных химических реакциях, однако плохо функционируют в водных растворах или в средах, напоминающих по своему составу содержимое биологической клетки. Для решения этой проблемы их включают в белковые молекулы.
Biot-Ru-SAV катализирует метатезис олефинов — реакцию между двумя алкенами, которые обмениваются группами атомов, находящимися при двойных связях. В результате образуется флуоресцентная молекула.
Ученые поместили искусственный фермент в периплазму кишечной палочки (Escherichia coli) — пространство между плазматической и внешней мембранами бактериальных клеток (присутствует только у грамотрицательных микроорганизмов). Среда периплазмы гораздо лучше подходит для осуществления метатезиса олефинов, поскольку в ней содержатся низкие концентрации ингибиторов металлоферментов, например глутатиона.
Исследователи оптимизировали biot-Ru-SAV с использованием принципов направленной эволюции. Они имитировали процесс естественного отбора, чтобы получить ферменты с улучшенными свойствами. Для этого ученые создали тысячи вариантов металлофермента и отбирали самые эффективные из них. Спустя несколько циклов, каталитические характеристики biot-Ru-SAV заметно улучшились.