酵素は、生物の化学反応を触媒するタンパク質分子です。それらは非常に選択的で効率的であり、軽度の反応条件下で複雑な反応が発生する可能性があります。ただし、酵素の基質範囲はしばしば制限されているため、狭い範囲の反応のみを触媒できることを意味します。
「酵素の触媒レパートリーを拡大することは、化学とバイオテクノロジーの長年の目標です」と、JGUの化学生物学および遺伝学の教授であるTobias Erb氏は述べています。 「これにより、より広範な合成反応に酵素を使用し、医薬品やその他の細かい化学物質の生産のための新しい生体触媒プロセスを潜在的に開発することができます。」
酵素の基質範囲を拡張する1つの方法は、突然変異または化学的修飾を導入してそれらを設計することです。ただし、このアプローチはしばしば退屈で時間がかかり、どの修正が望ましい触媒活性につながるかを予測することは困難な場合があります。
「私たちは、より一般的な戦略を開発したいと考えていました。これにより、酵素の触媒範囲を合理的かつ効率的な方法で拡大できるようになりました」と、ERBのグループのポスドク研究者であるクリストファーグレッグは説明します。 「私たちは、多くの酵素に触媒活性に不可欠な金属イオンが含まれているという事実に触発されました。」
研究者は、既存の酵素足場に金属結合部位を導入することにより、新しい触媒活性を持つ人工金属酵素を作成できると仮定しました。この仮説をテストするために、彼らは合理的に設計された亜鉛結合部位を酵素コリスマ酸マザーゼに由来する酵素足場に融合しました。
「私たちは、融合タンパク質が前例のない触媒の乱交を示すことを知ってうれしかったです」とグレッグは言います。 「オキサゾリジノンを生成するために、アジリジンの二酸化炭素の環状付加を触媒することができました。これは、これまで自然界で観察されていない反応です。」
研究者は、他の酵素の触媒範囲を拡大するために彼らの戦略を使用できると考えています。 「私たちは現在、人工金属酵素の範囲を他の種類の反応に拡大することに取り組んでいます」とErb氏は言います。 「私たちはまた、他の金属イオンおよび酵素足場の使用を調査しています。」
この研究は、2023年2月20日にNature Chemistryに掲載されたもので、生物触媒プロセスの設計の新しい可能性を開きます。酵素の触媒範囲を拡大することにより、さまざまな化学物質の生産のためにより効率的で環境に優しい方法を開発することが可能かもしれません。
