Искусственная эволюция ферментов

Ферменты – естественные биологические катализаторы, представляющие собой сложнейшие молекулярные системы. Современные экспериментальные средства позволяют не только определить состав подобного рода систем, но и управлять их молекулярной топологией, что очень важно при создании искусственных ферментов.
Биоимитаторы

Ученые заменили железо в составе
миоглобина на иридий — благородный металл, который живые системы не используют в ферментах. В результате ученые получили фермент, катализирующий превращение С-Н связей в С-С связи, чего не умеет делать ни один природный белок. От белковой части новое соединение получило стабильность, а от благородного металла — широкий спектр реакций, нехарактерных для природных соединений.
Искусственные ферменты для невозможных реакций
Авторы исследования отмечают, что с использованием этого метода в будущем можно получать многие другие искусственные белковые катализаторы для реакций, для которых не существует природных ферментов.

Ферменты-полимеразы, способные переписывать генетическую информацию с молекул ДНК на шесть типов не встречающихся в природе полимеров — «ксенонуклеиновых кислот» (КНК).
Ксеноэнзимы

А — структура ДНК.
B — структура нуклеотидов ДНК и шести КНК.
Молекулы различаются строением сахара, входящего в состав сахаро-фосфатного «скелета».
У ДНК это дезоксирибоза, у РНК — рибоза, у КНК —другие сахара: арабиноза (ANA), 2'-флюороарабиноза (FANA), треоза (TNA), особая «запертая» форма рибозы, циклогексен (CeNA), ангидрогекситол (HNA).
Структура КНК

За основу ксеноэнзима был взят белок TgoT — ДНК-полимеразу термофильной архебактерии Thermococcus gorgonarius, которая была обнаружена российскими микробиологами в гидротермальных источниках у побережья Новой Зеландии.
КНК - полимераза
ДНК

Отбор ферментов

Искусственные энзимы могут быть использованы в борьбе с инфекциями в общественных пространствах высокого риска, такие как больницы. Они могут уничтожать бактерии, например, кишечную палочку и золотистый стафилококк.
Наноэнзимы используют видимый свет для создания высокореактивных видов кислорода, которые быстро разрушают и убивают бактерии.
Наноэнзимы

Наноэнзимы являются искусственными ферментами, которые сочетают свет с влажностью, чтобы вызвать биохимическую реакцию, которая продуцирует радикалы ОН и разрушает бактерии.
При освещении вспышкой белого света активность наноэнзимов увеличивается более чем в 20 раз, образуя отверстия в бактериальных клетках и эффективно убивая их.
Механизм действия наноэнзимов