Если помочь бактериям стать более эффективными в этом процессе, это может привести к созданию более доступного биотоплива для наших бензобаков и экологически чистых продуктов, таких как биопластики. Один из способов достижения этой цели — реконструировать бактериальные ферментные комплексы, называемые целлюлосомами, которые служат катализаторами в процессе деградации.Стремясь создать эти так называемые дизайнерские целлюлосомы, международный исследовательский консорциум CellulosomePlus разрабатывает методы повышения эффективности этого сложного технологического процесса, чтобы сделать его экономически целесообразным и эффективным. Исследователи Консорциума из Испании, Польши и Ирландии недавно опубликовали свои результаты для одного метода в журнале «Химическая физика» от AIP Publishing.
Исследователи сосредоточились на бактерии Clostridium thermocellum (C. thermocellum). Бактерия, способная напрямую превращать целлюлозу в этанол, особенно при повышенных температурах, вызвала большой интерес как оптимальный катализатор биотоплива.
Примечательно, что C. thermocellum имеет большую целлюлосому, которая разлагает целлюлозу за счет одновременного действия многих ферментов, в основном целлюлаз. Ферменты — это части молекул, называемых докеринами, которые образуют нековалентные комплексы с различными доменами белка, называемыми доменами когезина. Эти домены представляют собой соединенные сегменты скаффолдина, большого белка, который служит основой целлюлозомы.
Функция целлюлосомы требует, чтобы когезины были механически прочными, а целлюлазы — эффективными ферментами, преобразующими растительные отходы в сахар.«Один из способов разработать лучшую целлюлосому — улучшить механическую стабильность когезинов типа I и реконструировать целлюлазные единицы», — сказал Марек Цеплак, соавтор статьи, руководящий лабораторией биологической физики в Институте физики. , Польская академия наук.
Исследователи нацелены на когезин c7A C. thermocellum, потому что он, по-видимому, подвергается более интенсивным механическим нагрузкам, чем другие когезины, и исключительно механически стабилен.Был разработан вычислительный метод, чтобы определить, какие точечные мутации, замены отдельных аминокислот приведут к более высокой механической стабильности, а также более высокой термодинамической стабильности. Используя полностью атомные вычисления, исследователи идентифицировали мутации, систематически заменяя все аминокислоты либо аланином, либо фенилаланином.«Один интересный результат состоит в том, что мутации оказывают неочевидное влияние на внутреннюю структуру белка и, следовательно, на стабильность», — сказал Матеуш Чвастик, также один из авторов публикации и бывший ученик Цеплака.
В частности, изменения в карте контактов (список пар аминокислот, влияющих на конформационную динамику) могут быть нелокальными. Лучшие варианты были проверены экспериментально.
Исследователи также обнаружили, что добавление дисульфидных связей, которые образуются между различными аминокислотами в белковой цепи, делает белок чрезвычайно устойчивым к растяжению.«Наш теоретический метод кажется подходящим приближением для проверки влияния мутаций на механическую и термическую стабильность белков», — сказал Цеплак.
Предлагаемый метод универсален, применим к множественным мутациям и в настоящее время используется для объяснения свойств бактерий, обитающих в экстремальных средах.