Desenvolvimento de enzimas de eliminação Kemp com alta eficiência é concluído

Pesquisadores desenvolveram um novo fluxo de trabalho computacional que projeta enzimas Kemp eliminase com eficiência superior a 12.700 M−1 s−1, superando designs anteriores e alcançando parâmetros catalíticos comparáveis a enzimas naturais. Até agora, o design computacional de enzimas apresentava taxas catalíticas baixas, exigindo otimizações experimentais extensivas para alcançar níveis de atividade semelhantes aos das enzimas naturais.

O novo método utiliza fragmentos de proteínas naturais e não requer otimizações por meio de triagens de bibliotecas mutantes. Três designs de Kemp eliminase demonstraram eficiências superiores a 2.000 M−1 s−1, com o mais eficiente apresentando mais de 140 mutações em relação a qualquer proteína natural, incluindo um novo sítio ativo. Essa enzima também se destaca pela alta estabilidade, suportando temperaturas superiores a 85 °C.

A pesquisa revela que a inclusão de um resíduo considerado essencial em designs anteriores aumenta a eficiência para mais de 105 M−1 s−1 e a taxa para 30 s−1, desafiando suposições fundamentais sobre biocatalisadores. O trabalho destaca que, apesar dos avanços no design computacional, as enzimas projetadas de forma de novo ainda apresentavam eficiências e taxas catalíticas muito abaixo das observadas em enzimas naturais.

O estudo se concentrou na reação de eliminação de Kemp, um modelo para a abstração de prótons catalisada por bases naturais. A nova abordagem superou as limitações dos métodos de design anteriores, que frequentemente dependiam de ciclos de evolução laboratorial e triagens de mutantes, considerados ineficientes.

Com a nova metodologia, os pesquisadores conseguiram gerar enzimas com alta eficiência e estabilidade, sem a necessidade de triagens experimentais extensivas. Essa inovação pode abrir caminho para o desenvolvimento de enzimas artificiais com aplicações em biocatálise e outras áreas da biotecnologia.