Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung eines CONICET-Wissenschaftlers rekonstruierte die Evolution einer Familie von Enzymen mit hohem Potenzial für biotechnologische Anwendungen: Baeyer-Villiger-Monooxygenasen (BVMOs). Die Studie, veröffentlicht in Zellberichte, Es hat nicht nur bestimmt, wann diese Gruppe von Molekülen die Fähigkeit entwickelt hat, Sauerstoff zu nutzen, der für die Erfüllung ihrer Funktionen von entscheidender Bedeutung ist, sondern es eröffnet auch neue Wege zum Verständnis der Entwicklung komplexer biologischer Funktionen und liefert neue Daten zur Verbesserung ihrer Anwendungszwecke.
BVMOs sind Enzyme, die der Luft Sauerstoff entziehen, um Moleküle durch einen Oxidationsprozess umzuwandeln. Durch eine Technik namens „Rekonstruktion von Ahnensequenzen“, die es uns ermöglicht, durch die Untersuchung seiner Vorfahren zu erfahren, wie ein Protein im Laufe der Zeit eine bestimmte Funktion erlangt, rekonstruierte das wissenschaftliche Team seine Evolutionsgeschichte und stellte fest, zu welchem Zeitpunkt es die Fähigkeit dazu erlangte Sauerstoff verwenden.
Laut Laura Mascotti, CONICET-Forscherin am Institut für Histologie und Embryologie von Mendoza (IHEM, CONICET-UNCUYO) und Leiterin der Studie, existierten diese Enzyme seit Millionen von Jahren in Mikroorganismen, lange bevor die Erdatmosphäre mit Sauerstoff angereichert wurde. „BVMOs sind sehr alte Proteine und wir können ihre Entwicklung mit Sicherheit bis zu den ersten Bakterienpopulationen zurückverfolgen, kurz vor dem ‚großen Oxygenierungsereignis‘ vor etwa 2,5 bis 2,3 Millionen Jahren“, sagt der Wissenschaftler, der kürzlich in das IHEM aufgenommen wurde. nach mehrjähriger Arbeit in den Niederlanden eine Gruppe für evolutionäre Biochemie zu gründen.
„Unsere Idee war zu verstehen, wann und wie sie die Fähigkeit erlangten, Sauerstoff zu nutzen. Um dies zu erreichen, haben wir uns dem Problem aus der Evolutionsbiochemie genähert, das in einfachen Worten darin besteht, die Entwicklung der Enzymfamilie zu untersuchen, um im Laufe der Zeit verfolgen zu können, wie sich eine Funktion verändert oder wie sie diese erworben hat. Für uns ist es sehr wichtig, dies zu untersuchen, denn wir wollten verstehen, wie Monooxygenasen „gelernt“ haben, Sauerstoff zu nutzen“, fügt der Wissenschaftler hinzu.
Die Studie zeigte, dass sich BVMOs in einer Reihe von Schritten entwickelten, beginnend mit einem Protein, das keine Aktivität aufwies und anschließend Reaktivität und Spezifität erlangte, bis sie zu aktiven Enzymen wurden. Zusammengenommen veranschaulichen die Studienergebnisse, wie im Laufe der Evolution ein intrinsisch komplexer katalytischer Mechanismus entstand.
BVMOs haben ein hohes Potenzial für biotechnologische Anwendungen, beispielsweise für die Polymerproduktion. Aufgrund der Instabilität der Betriebsbedingungen und der Notwendigkeit, in bestimmten Fällen ihre Selektivität anzupassen, konnten sie jedoch noch nicht in großem Maßstab eingesetzt werden. Die wissenschaftliche Untersuchung ihrer Funktionsweise und der Enzyme im Allgemeinen ermöglicht es uns, ihre praktische Anwendung zu verbessern. „Die evolutionäre Biochemie liefert Ergebnisse, die für die spätere Anwendung rationaler oder semirationaler Designs von Enzymvarianten in der industriellen Anwendung von entscheidender Bedeutung sind, da sie es uns ermöglicht, die „funktionalen Determinanten“ eines Enzyms zu kennen und zu definieren.. Andererseits denke ich, dass es erwähnenswert ist, dass die Rekonstruktion von Ahnensequenzen nicht nur ein weiteres gentechnisches Werkzeug ist, sondern vielmehr ein Ansatz zur „Analyse/Entschlüsselung“ von Funktionalitäten, der unschätzbares Wissen generieren kann, das später für angewandte Zwecke genutzt werden kann.“, schließt der Wissenschaftler.
