AZ2 és el nom del nou enzim dissenyat per científics de l’Institut de Química Computacional i Catàlisi de la UdG, la Universitat John Hopkins i la Universitat Carnegie Mellon.
Un equip científic de la Universitat de Girona (UdG), la Universitat John Hopkins i la Universitat Carnegie Mellon ha aconseguit dissenyar un nou enzim capaç de produir una reacció química no-natural dins d’una cèl·lula. La novetat i importància d’aquest treball és que es tracta d’una reacció complexa que l’enzim aconsegueix portar a terme de manera molt eficient i selectiva.
“Fins ara, no existia cap enzim que pogués dur a terme aquest tipus de reaccions químiques i funcionés amb aquest mecanisme de reacció”, explica l’investigador de l'Institut de Química Computacional i Catàlisi (IQCC) i investigador Ramón y Cajal al departament de Química de la UdG, Marc Garcia-Borràs. “La natura no havia tingut la necessitat de fer evolucionar enzims i proteïnes per a aquest objectiu, així que es pot dir que s’ha creat una proteïna nova al laboratori que hem anomenat AZ2 i que és capaç de fer que aquesta reacció pugui tenir lloc dins una cèl·lula”, afegeix.
El resultat del treball científic s’ha difós a la revista Science. Per la Universitat de Girona, és el primer article de recerca acceptat per aquesta prestigiosa publicació signat per un investigador de la institució. Marc Garcia-Borràs és, doncs, coautor de correspondència de l'estudi, que ha estat dirigit pel professor Xiongyi Huang de la Universitat John Hopkins (EUA) i el seu grup de recerca. També han participat a l’estudi l’estudiant de doctorat de la UdG Jordi Soler i el grup del professor Yisong (Alex) Guo de la Universitat Carnegie Mellon (EUA).
Des dels espais de l’IQCC, s’han realitzat estudis de modelització computacional de la proteïna utilitzada com a punt de partida per descriure-la i caracteritzar-la. D’aquesta manera, s’han pogut detectar quins canvis eren necessaris a la seva estructura per tal que es produeixi la catàlisi d’aquesta nova reacció no-natural. Així mateix, es va modelitzar l’enzim finalment evolucionat al laboratori per entendre com té lloc la reacció de manera tant eficient i selectiva.
Aquest avenç és “important i sintèticament útil” i obre la porta al desenvolupament futur de noves reaccions no-naturals catalitzades per enzims. Aquestes reaccions químiques catalitzades per enzims es coneixen com a reaccions biocatalitzades, i ofereixen avantatges respecte reaccions químiques que utilitzen metalls pesants com a catalitzadors, que poden ser tòxics o molt cars, o reaccions que requereixen condicions molt extremes de temperatura o pressió, fet que encareix molt el procés. En canvi, gràcies a l’ús de biocatalitzadors, és a dir d’enzims per catalitzar reaccions químiques, aquestes reaccions poden tenir lloc en aigua o dins de cèl·lules, a temperatura i pressió ambient, i utilitzant aquests enzims que estan constituïts únicament per aminoàcids i ions presents en tots els éssers vius.
En aquest cas, l’equip internacional d’investigadors han aconseguit instal·lar una reacció que “obre noves rutes sintètiques per poder desenvolupar fàrmacs, nous o ja existents, de manera més selectiva, econòmica i sostenible”, afegeix Marc Garcia-Borràs.
El projecte forma part del programa de recerca que Marc Garcia-Borràs lidera a l'IQCC i al departament de Química de la UdG, i que es dedica a l'ús de mètodes computacionals en combinació amb experiments amb l’objectiu de caracteritzar intermedis biocatalítics per al descobriment i disseny de noves activitats enzimàtiques i biocatalitzadors sintèticament útils. Aquest treball forma part també de la tesi de Jordi Soler, estudiant de doctorat supervisat per Garcia-Borràs.
Informació científica específica
El treball científic publicat a Science informa de l'evolució dirigida d'un enzim de ferro no hemo per accedir a noves activitats enzimàtiques abiològiques per mitjà d’una combinació de protocols computacionals i experimentals. En particular, s'ha instal·lat una nova reacció d'azidació C(sp3)-H de relé de radicals en un enzim de ferro no-hemo, aconseguint una elevada eficiència catalítica i una alta enantioselectivitat.