اولین گالاکتوز اکسیداز باکتریایی جعبه ابزار را برای تولید سبزتر دارو و مواد غذایی گسترش می دهد

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

برای تولید داروها، مواد غذایی، و طعم ها و عطرها، اغلب لازم است الکل ها را اکسید کنید. در شیمی مرسوم، این تغییر شکل معمولا به اکسیدان‌های خشن و دماهای بالا متکی است و زباله‌های سمی تولید می‌کند.

اما راه پایدارتری وجود دارد: موجودات زنده، از جمله قارچ‌ها، گالاکتوز اکسیداز تولید می‌کنند، پروتئین‌هایی که می‌توانند واکنش‌های مشابهی را روی الکل‌ها و قندهای ساده در شرایط ملایم و با استفاده از اکسیژن انجام دهند.

محققان Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier از دانشگاه NOVA لیسبون (ITQB NOVA) در پرتغال این جعبه ابزار را با توصیف اولین اکسیداز گالاکتوز در باکتری ها گسترش داده اند: PsGalOx.

لیجیا مارتینز، رهبر آزمایشگاه فناوری میکروبی و آنزیمی در ITQB NOVA، توضیح می‌دهد: «برای چندین سال، تولید آنزیم به شکل محلول و در نتیجه شناسایی آن بسیار دشوار بود.

او می افزاید: "نقطه عطف بزرگی با ظهور AlphaFold، یک سیستم هوش مصنوعی که پیش بینی های ساختاری آن به ما کمک کرد تا معماری غیرعادی آنزیم را درک کنیم و تغییراتی را که می تواند تولید آن را بهبود بخشد شناسایی کنیم، رخ داد."

در این مطالعه که در Chem & Bio Engineering منتشر شده است، تیم تحقیقاتی نشان می دهد که بر خلاف اکسیدازهای گالاکتوز قارچی با بهترین مشخصه، همتایان باکتریایی آن ها علاوه بر ماژول کاتالیزوری، دو ماژول اتصال قند تقریبا یکسان را حمل می کنند.

این یافته باعث شد تا تیم ساده‌سازی رایج مبنی بر اینکه ماژول‌های اتصال قند قابل تعویض هستند را به چالش بکشند.

توماس فرازائو، یکی از اولین نویسندگان مقاله و دانشجوی دکترا در ITQB NOVA، توضیح می‌دهد: «اگرچه ماژول‌های تکراری تقریبا 80 درصد هویت توالی مشترک دارند، اما عملکردهای متمایزی تکامل یافته‌اند: یکی اتصال به قندها را افزایش می‌دهد، در حالی که دیگری در درجه اول به پایداری پروتئین کمک می‌کند».

با تکیه بر این خصوصیات، تیم تحقیقاتی انتخاب طبیعی را در آزمایشگاه بازسازی کردند - روشی که به عنوان تکامل هدایت شده شناخته می شود - با معرفی جهش و غربالگری هزاران کلنی باکتریایی برای شناسایی انواع با عملکرد بهبود یافته. تکامل چیز غیرمنتظره‌ای را آشکار کرد: ماژول‌های بسیار مشابه با اتصال قند به واحدهای ترکیبی منفرد دوباره ترکیب شدند و گونه‌های حاصل پروتئین محلول بیشتری تولید کردند.

تیم تحقیقاتی متوجه شد که افزایش فعالیت در طول تکامل لزوما به این معنی نیست که گالاکتوز اکسیداز در سرعت بخشیدن به واکنش ها بهتر شده است. در عوض، بسیاری از بهبودها ناشی از تولید بیشتر آن توسط سلول‌ها بود. این تمایز کلیدی برای بهبود بیشتر آنزیم بود. در پایان، این تیم نوعی را توسعه داد که 40 تا 1800 برابر در پردازش طیف وسیعی از قندها و الکل‌ها کارآمدتر بود.

در مورد آینده، مارتینز توضیح می دهد که برنامه آنها این است که "به مهندسی PsGalOx ادامه دهند تا روی بسترهای مورد علاقه عمل کند، و یک واسطه همه کاره برای کاربردهای غذایی، دارویی و مواد ایجاد کند."

علاوه بر این، محققان می خواهند تنوع تکاملی این اکسیدازهای باکتریایی را بررسی کنند. او در پایان می‌گوید: «این به ما کمک می‌کند تا درک کنیم که چگونه ویژگی تکامل یافته و داربست‌های قوی و همه‌کاره را برای توسعه زیست‌کاتالیست‌های جدید شناسایی کنیم.

این تحقیق با همکاری آزمایشگاه شیمی بیورگانیک ITQB NOVA، آزمایشگاه کریستالوگرافی کاربردی صنعت و پزشکی، آزمایشگاه متالوپروتئین ها و بیوانرژتیک مولکولی سابق و مدل سازی زیستی زیمول (SP) توسعه یافته است.

آندره تابوردا و همکاران، مهندسی یک گالاکتوز اکسیداز باکتریایی مدولار از طریق نوترکیبی CBM و جایگزینی پوسته دوم، مهندسی شیمی و زیستی (2026). DOI: 10.1021/cbe.6c00167

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →