Американские химики ускорили работу фермента-липазы CALB с помощью предварительной модификации и облучения светом. Работа опубликована в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters. Ее краткий пересказ можно прочитать на сайте национальной лаборатории Оак Ридж.

Для того, чтобы ускорить работу фермента, химики решили внести в него фотоактивное соединение. При облучении светом определенной длины волны такое соединение должно было изменять свою конформацию и преобразовывать световую энергию в механическую, «подталкивая» фермент к выполнению работы.

В качестве объекта авторы исследования решили использовать липазу B (фермент, разрушающий жиры) из бактерии Candida antarctica – CALB. Чтобы узнать, в какое место фермента следует вводить фотоактивное соединение, им пришлось испробовать множество точек и провести с такими виртуальными ферментами множество компьютерных симуляций.

Чтобы осуществить моделирование, исследователи использовали мощности суперкомпьютера Jaguar, размещенного в Национальном центре компьютерных исследований в Оук-Ридже (США). В июне 2011 года этот суперкомпьютер занимал третье место по производительности в мире.

В ходе моделирования было установлено, что фотоактивное соединение (азобензен) необходимо ввести между петлями, которые, несмотря на то, что удалены от активного центра, влияют на передачу изменений конформации в белке CALB. Пратул Агарвал, первый автор статьи, так прокомментировал результаты компьютерной симуляции: “Моделирование помогло нам понять, как механическая энергия с поверхности может быть в конце концов перенесена в активный центр, где она используется для осуществления химической реакции”.

После получения результатов симуляции удачность подхода проверили на реальном белке. Скорость работы модифицированного фермента при облучении светом была увеличена (в зависимости от условий) в 8–52 раза.

Ферменты используются во множестве биотехнологических процессов. Исследования, способные улучшить их работу, потенциально способны существенно удешевить производство многих веществ.