La ingeniería de los antepasados como herramienta para dilucidar la estructura, el mecanismo y la especificidad de la...

Área de la Ciencia:

• Biocatálisis
• Ingeniería de proteínas
• Biología estructural

Sus antecedentes:

• Las ciclas de terpenos son biocatalizadores vitales, pero su estudio estructural se ve obstaculizado por la baja similitud de secuencia y la inestabilidad de las proteínas.
• El modelado de homología de enzimas es un desafío debido a la similitud de secuencia limitada y la inestabilidad de la proteína.

Objetivo del estudio:

• Comprender la relación estructura-actividad de la sintasa de espirovioleno para la ingeniería enzimática.
• Diseñar la especificidad de las ciclas de terpenos utilizando ingeniería enzimática ancestral y conocimientos estructurales.

Principales métodos:

• Reconstrucción y cristalografía de rayos X de las ciclas de terpenos ancestrales termostables.
• Modelado molecular y ensayos enzimáticos para analizar las relaciones estructura-actividad.
• Ingeniería de enzimas ancestrales y transferencia de mutaciones a enzimas existentes.

Principales resultados:

• Se generó un modelo de homología de alta confianza de la espirovioleno sintasa existente utilizando una plantilla de ancestro diseñada.
• Las variantes ancestrales con intercambios de residuos individuales mostraron una especificidad de sustrato adaptada y conservaron la termostabilidad.
• La transferencia de dos mutaciones del andamio ancestral a la enzima existente cambió la especificidad, aumentando la formación de espirovioleno hasta 25 veces.

Conclusiones:

• La reconstrucción de la secuencia ancestral combinada con la ingeniería enzimática es una herramienta poderosa para el diseño de biocatalizadores.
• Este enfoque permite la creación de modelos de homología confiables y la ingeniería de la especificidad de las enzimas.
• El estudio demuestra una estrategia exitosa para adaptar la función enzimática a través de la ingeniería enzimática ancestral.