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Uma equipa de cientistas criou um novo método de “engenharia racional” de enzimas para melhorar o seu desempenho. Em vez de introduzirem mutações aleatórias, os autores do estudo desenvolveram um algoritmo que tem em conta a evolução da enzima.
Encontrar formas de melhorar a atividade das enzimas pode ser bastante benéfico para aplicações industriais — e as ferramentas modernas de biologia molecular tornam mais fácil fazer alterações nas suas sequências de aminoácidos para melhorar o seu desempenho.
No entanto, a introdução aleatória de apenas três ou quatro alterações na sequência pode levar a uma perda acentuada da sua atividade.
Segundo o EurekAlert!, uma equipa de investigadores criou agora um nova e promissora estratégia para a engenharia racional de uma enzima específica, chamada “beta-lactamase“.
No decorrer do novo estudo, publicado a semana passada na Nature Communications, os cientistas conceberam um algoritmo que tem em conta a história evolutiva de uma enzima, para assinalar os locais onde podem ser introduzidas mutações com probabilidade de induzir melhorias funcionais.
O estudo pode ter um impacto significativo na otimização dos processos industriais em variadas áreas industriais – desde a produção alimentar à saúde humana.
“No centro deste novo algoritmo está uma função de pontuação que explora milhares de sequências de beta-lactamase de organismos diferentes. Em vez de algumas alterações aleatórias, foram geradas até 84 mutações numa sequência de 280 para melhorar o desempenho funcional”, realça Amir Khan, investigador do Trinity College Dublin e coautor do estudo.
“Surpreendentemente, as enzimas concebidas melhoraram a sua atividade e estabilidade a temperaturas maiores”, nota o bioquímico.
A equipa de investigadores determinou a estrutura experimental em 3D de uma beta-lactamase recentemente concebida, utilizando cristalografia de raios X.
O mapa 3D revelou que, apesar das alterações em 30% dos aminoácidos, a enzima tinha uma estrutura idêntica à da beta-lactamase de tipo selvagem.
Além disso, também revelou como as alterações coordenadas nos aminoácidos, introduzidas simultaneamente, podem estabilizar eficazmente a estrutura 3D, em contraste com as alterações individuais que por norma afetam a estrutura da enzima.
Por fim, o estudo revelou que as proteínas podem ser modificadas para melhorar a sua atividade através de “saltos” para uma nova sequência.
“O trabalho tem um vasto leque de aplicações na indústria, em processos que requerem enzimas para a produção de alimentos, enzimas de degradação de plásticos e outras relevantes para a saúde e doença humanas”, diz Eva Napier, também investigadora do Trinity College Dublin e coautora do estudo.
“Estamos bastante entusiasmados com as possibilidades futuras abertas pelo nosso estudo”, conclui Napier.
