Dlaczego ukierunkowana ewolucja enzymów przemysłowych?

Główny powód podjęcia badań określanych mianem ukierunkowanej ewolucji enzymów, stanowiła wykazywana w warunkach przemysłowych niska efek-tywność biokatalizatorów, produkowanych przez niemodyfikowane organizmy. Właściwości enzymów przez nie wytwarzanych są dostosowane do pełnionych funkcji biologicznych, a adaptacja pod takim właśnie kątem nastąpiła na drodze naturalnej ewolucji. Dlatego zwykle naturalne biokatalizatory nie wykazują odpowiednio wysokiej aktywności i stabilności w warunkach optymalnych z technologicznego punktu widzenia (kwasowość, ciśnienie, temperatura, obecność soli mineralnych, rozpuszczalników organicznych, detergentów, utleniaczy, itp.). Nawet organizmy ekstremofilne (psychro-, termo-, baro-, lub halofilne) bytujące w szczególnie uciążliwych warunkach środowiska, nie wytwarzają enzymów spełniających wszystkie wymagania technologów, takich jak np. odpowiednio wysoka termostabilność, połączona z wysoką aktywnością w niskich temperaturach. Izolacja organizmów ze źródeł naturalnych, połączona z ich selekcją pod kątem określonych uzdolnień enzymatycznych, umożliwiających przeżycie na odpowiednio skomponowanym podłożu wzrostowym (określana mianem skri- ningu), która stanowiła główną metodę poszukiwań pierwszej generacji drobnoustrojów przemysłowych, stała się w ostatnich dwóch dekadach XX w. procedurą dostarczającą przede wszystkim materiału genetycznego do modyfikacji.

Zoptymalizowane pod kątem określonych zastosowań technologicznych bio-katalizatory przemysłowe nowej generacji, do których należą preparaty enzymatyczne o różnym stopniu czystości oraz całe komórki, wytwarzane są przez orga- niżmy transgeniczne, głównie drobnoustroje. Służą one do ekspresji genów za-równo rodzimych (coraz rzadziej), jak i otrzymanych na drodze ich zaplanowa-nych (ukierunkowanych) mutacji. Geny te uzyskuje się często z organizmów, których hodowla jest trudna i nieopłacalna, a nawet niebezpieczna (organizmy patogenne). Ekspresja genów pozyskanych z innych drobnoustrojów, a także roślin i zwierząt, dokonywana jest wyłącznie w szczepach drobnoustrojów zaliczonych do bezpiecznych (generally regarded as safe – GRAS), do których należą m.in. drożdże Sacclmromyces cerevisiae, grzyby nitkowate Aspergillus niger i określone szczepy bakterii Escherichia coli. Konstruowanie zmutowanych białek katalitycz-nych, o zaprogramowanych właściwościach kinetyczno-molekularnych, determi-nujących efektywność działania i stabilność w określonych warunkach procesu technologicznego, pozwoliło uzyskać biokatalizatory o wyższych liczbach obro-tów i wyższym powinowactwie do substratów i koenzymów, w porównaniu z en-zymami syntetyzowanymi przez organizmy nie poddane manipulacjom genetycznym. Niektórym ze zmutowanych enzymów nadano również wysoką stabilność w środowisku rozpuszczalników organicznych, nawet w podwyższonych temperaturach, szczególnie cenną podczas enzymatycznej syntezy wiązań, takich jak glikozydowe, amidowe lub estrowe (w środowisku wodnym te same enzymy katalizują reakcję hydrolizy wymienionych wiązań).

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>