La concepción imaginativa de un artista de la idea de las enzimas emisoras de luz. Crédito: Ian Haydon / Instituto para el Diseño de Proteínas
Por primera vez, los científicos han utilizado el aprendizaje automático para crear nuevas enzimas, que son proteínas que aceleran las reacciones químicas. Este es un paso importante en el campo del diseño de proteínas, ya que las nuevas enzimas podrían tener muchos usos en la medicina y la fabricación industrial.
«Los organismos vivos son químicos notables. En lugar de depender de compuestos tóxicos o calor extremo, usan enzimas para descomponer o construir lo que sea que necesitan en condiciones suaves. Las nuevas enzimas podrían poner al alcance los biocombustibles y los productos químicos renovables», dijo el autor principal, David Baker. ., profesor de bioquímica en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington y ganador del Premio Breakthrough en Ciencias de la Vida 2021.
Como se informó el 22 de febrero en la revista Naturaleza, un equipo con sede en el Instituto de Diseño de Proteínas de UW Medicine ideó algoritmos de aprendizaje automático que pueden crear enzimas emisoras de luz llamadas luciferasas. Las pruebas de laboratorio confirmaron que las nuevas enzimas pueden reconocer sustancias químicas específicas y emitir luz de manera muy eficiente. Este proyecto fue dirigido por dos becarios posdoctorales en Baker Lab, Andy Hsien-Wei Yeh y Christoffer Norn.
El Naturaleza El artículo se titula «Diseño de novo de luciferasas usando aprendizaje profundo».
Para crear nuevas enzimas luciferasa, el equipo primero seleccionó sustancias químicas llamadas luciferinas sobre las que querían que actuaran las proteínas. Luego usaron software para generar miles de posibles estructuras de proteínas que podrían reaccionar con esos químicos.
Durante las pruebas de laboratorio, los investigadores identificaron una enzima eficiente, denominada LuxSit (Que se haga la luz). La enzima realizó la reacción química deseada. El refinamiento de la enzima condujo a mejoras dramáticas en el rendimiento. Una enzima optimizada, denominada LuxSit-i, generó suficiente luz para ser visible a simple vista. Se descubrió que era más brillante que la enzima luciferasa natural que se encuentra en el pensamiento marino resplandeciente Renilla reniformis.
«Pudimos diseñar enzimas muy eficientes desde cero en la computadora, en lugar de confiar en las enzimas que se encuentran en la naturaleza. Este avance significa que, en principio, se podrían diseñar enzimas personalizadas para casi cualquier reacción química», dijo Yeh.
Las nuevas enzimas podrían beneficiar la biotecnología, la medicina, la remediación ambiental y la fabricación. Por ejemplo, en biotecnología, las enzimas pueden mejorar la producción de biocombustibles, el procesamiento de alimentos y la fabricación de productos farmacéuticos. En medicina, las enzimas pueden servir como herramientas terapéuticas y de diagnóstico. El diseño de enzimas puede mejorar el medio ambiente al descomponer contaminantes o limpiar sitios contaminados, y las enzimas también pueden ayudar en la producción de nuevos materiales, como plásticos y adhesivos biodegradables.
Esta investigación fue dirigida por científicos de la Facultad de Medicina de la UW e incluyó colaboradores de la Universidad de California, Los Ángeles.
Más información:
Andy Hsien-Wei Yeh et al, Diseño de novo de luciferasas usando aprendizaje profundo, Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05696-3
Proporcionado por la Universidad de Washington
Citación: AI evoca proteínas que aceleran las reacciones químicas (22 de febrero de 2023) consultado el 22 de febrero de 2023 en https://phys.org/news/2023-02-ai-conjures-proteins-chemical-reactions.html
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