Новые ферменты в 15 тысяч раз эффективнее в уничтожении боевых химических веществ

Работая в тесном контакте с военным ведомством, учёные из Техасского сельхозуниверситета (США) создали протеины, которые в 15 000 раз более эффективны в разрушении боевых отравляющих веществ, чем их природные аналоги. Отчёт о работе (внимание, г-да военные, информация несекретна) опубликован в журнале Biochemistry.

Схема гидролиза боевых фосфорорганических отравляющих веществ, катализируемого PET (иллюстрация ACS).

Один из видов почвенных бактерий способен производить фермент фосфотриэстеразу (PTE), который обезвреживает некоторые (фосфорорганические) пестициды, а заодно и боевые отравляющие агенты, такие как зарин и табун. Это автоматически делает РТЕ потенциально полезным при защите от воздействия химического оружия.

Если присмотреться к структурам отравляющих фосфорорганических соединений, легко заметить, что многие из них обладают хиральным фосфорным центром. И хотя Sp-энантиомер гораздо токсичнее Rp-изомера, поражённому бойцу это вряд ли поможет. А потому в войска поставляется смесь обоих изомеров. К сожалению, структура «кармана» природного PTE такова, что этот фермент может эффективно бороться только с наименее токсичной Rp-формой таких нервно-паралитических агентов, как GB, GD, GF, VX и VR, а вот с Sp-энантиомером возникает закавыка.

Поэтому химикам пришлось серьёзно взяться за модернизацию PTE: не пропадать же добру. Для этого был применён метод, называемый «направленной эволюцией»: он имитирует естественный отбор, который, по идее, должен приводить к улучшенным формам биохимических веществ в живых организмах.

«Направленная эволюция» начинается с того, что в гене, кодирующем интересующий нас белок, производится случайная мутация (одновременно запускается огромное количество случайных мутаций, но по одной на каждую бактерию, содержащую этот ген). Это приводит к получению солидной библиотеки протеинов-мутантов, которые затем тестируются на появление определённой активности. После отбора наилучшего кандидата мутация закрепляется.

Вот так авторам работы и удалось получить мутировавший экземпляр фермента, активность которого по отношению к самому токсичному Sp-энантиомеру возросла в 15 тысяч раз. По сравнению с природным PTE, конечно.

Подготовлено по материалам Американского химического общества.