Une enzyme totalement nouvelle générée aléatoirement sauve des bactéries mutantes

Micrographie électronique à balayage colorisée d'Escherichia coli  (E. coli), cultivée en culture et collée sur une lamelle.Micrographie électronique à balayage agrandie / colorisée d’Escherichia coli (E. coli), cultivé en culture et collé sur une lamelle.NIAID / Flickr

Les protéines sont des chaînes d’acides aminés et chaque maillon de la chaîne peut contenir n’importe lequel des 20 acides aminés sur lesquels repose la vie. Si vous devaient choisir chaque lien au hasard, le nombre de protéines possibles finit par atteindre assez rapidement des niveaux astronomiques.

Alors, comment la vie finit-elle par développer de nouveaux gènes? Un le laboratoire a répondu à cette question en fabriquant ses propres protéines de zéro.

Retour en 2016, le même laboratoire a découvert que nouvelle, aléatoire les protéines peuvent remplir des fonctions essentielles. Et ces nouvelles protéines étaient vraiment nouveaux. Ils ont été générés par des scientifiques qui ont fabriqué l’amino séquences d’acide au hasard et ensuite gardé tout ce qui est plié dans le structures hélicoïdales stables que l’on trouve couramment dans les protéines. Celles-ci les protéines ont ensuite été examinées pour savoir si certaines d’entre elles pourraient sauver E. coli manquaient un gène essentiel à la survie.

Trois protéines ont réussi, ce qui indique qu’elles ont compensé fonction essentielle du gène manquant. Mais ils ne l’ont pas fait en agissant comme un catalyseur (c’est-à-dire qu’ils ne sont pas des enzymes).

Dans un article récent de Nature Chemical Biology, cependant, le laboratoire rapporte qu’une nouvelle protéine a joué le rôle de catalyseur.

Te. coliused dans ces expériences manquait la capacité à utiliser le fer fourni dans leur support en raison de la suppression d’un gène qui assure normalement cette fonction. Alors le les expériences étaient un test pour voir si une protéine générée de manière aléatoire serait capable de catalyser les réactions avec le fer. Les trois protéines qui avait passé ce test en 2016, cependant, simplement modifié gène activité de sorte que le fer est devenu disponible à travers d’autres voies d’accès.

Pour générer l’enzyme récente, les chercheurs ont pris l’un des protéines qui ont déjà sauvé le mutantE. colietsous l’a soumis à une mutagenèse aléatoire. C’est finalement produit une enzyme libérant du fer. Tout comme l’enzyme naturelle, ce synthétique a une préférence chirale pour son substrat, ce qui signifie qu’il ne peut fonctionner qu’avec une seule forme structurelle du molécule et non son image miroir.

Mais ses similitudes avec l’enzyme native se terminent là. La séquence d’acides aminés de cette enzyme synthétique n’a aucun rapport avec l’enzyme bactérienne qu’il remplace. Cela a permis de comprendre comment fonctionne très difficile. Cela se fait généralement en comparant la protéine en question à des espèces similaires d’autres espèces: clairement option ici. Les chercheurs ont également essayé de le cristalliser, ce qui les laisserait comprendre sa structure, mais pas d’accord.

Alors ils ont commencé à muter un à un les acides aminés pour voir lequel des mutations ont rendu l’enzyme inactive. Cela leur a dit que le L’acide aminé original qui a été remplacé doit être important. Cette méthode a révélé cinq acides aminés particuliers qui constituent site potentiellement actif. Quand un logiciel qui prédit les structures protéiques a été donné la séquence d’acides aminés de la protéine et dit que ces cinq devaient être rapprochés, il a recraché une structure qui semblait le plus probable.

Et tout comme la séquence d’acides aminés, la structure avait l’air si totalement différent de l’enzyme native que les chercheurs ont pense que l’enzyme doit fonctionner à travers un mécanisme complètement nouveau.

Les scientifiques ont fabriqué cette enzyme sans utiliser aucun type de raisonnement conception ou stratégie; ils étaient juste outillage autour avec amino aléatoire séquences acides et avoir des bactéries déterminent si elles peuvent faire quoi ils voulaient. Dans un cas complètement artificiel de convergence évolution, les chercheurs ont fabriqué une protéine qui ne partage pas séquence, structure ou même mécanisme avec l’unique évolution touchée sur, mais il remplit la même fonction. Un millier de fois plus lent que le naturel, mais il pourrait aller mieux si plus de temps pour évoluer.

Nature Chemical Biology, 2018. DOI: 10.1038 / NCHEMBIO.2550 (À propos de DOIs).

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