Proteinové inženýrství enzymů

Proteinové inženýrství se zabývá pozměňováním struktury bílkovin s cílem zlepšit jejich vlastnosti pro průmyslové využití. Využití enzymů v praxi je velmi široké, od potravinářství agrochemického a farmaceutického průmyslu, přes domácí využití v pracích prášcích až po aplikace v ochraně životního prostředí či vojenské sféře.. Enzymy dehalogenasy studované v Loschmidtových laboratořích Masarykovy univerzity nalézají uplatnění v těchto oblastech: * dekontaminace toxických látek * detekce kontaminujících látek biosenzory * syntéza chemických látek pro další zpracování #img_200#.<>

**Dekontaminace a neutralizace toxických látek** V tomto směru vykazují enzymy oproti klasickým chemickým metodám neutralizace a dekontaminace řadu výhod. Jsou zejména vysoce efektivní, šetrné k životnímu prostředí, jsou nehořlavé a nekorozivní. Jako proteiny jsou v přirozeném prostředí snadno odbouratelné. Jejich nevýhodou je jejich nestabilita a možný výskyt alergeních reakcí u lidí. V současnosti známe enzymy na více než polovinu bojových chemických látek hromadného ničení, včetně nejznámějších nervových plynů jako Sarin, Tabun nebo VX.Stejně tak jsou vyvinuty i enzymatické technologie na dekontaminaci např. ropných látek nebo na některých odpadních produktů chemických reakcí a výrob. **Detekce kontaminujících látek biosenzory** Enzymy jsou také použitelné jako součást biosenzorů, kde mají široké využití a dá se s nimi sledovat široké spektrum látek a reakcí. Již v současnosti jsou využívané ke sledování čistoty podzemních vod v okolí provozů chemických výrob. Princip takového senzoru je velmi jednoduchý. Aktivní složkou biosenzoru je enzym, který reaguje se sledovanou látkou a v případě jejího výskytu v okolním prostředí spustí katalytickou reakci. Detekční systém zjišťuje produkty této reakce a vyhodnotí jejich množství. **Biosyntéza látek pro další zpracování** Enzymy se ve výrazné míře využívají na výrobu prekurzorů pro další syntézy látek např. léčiv. Jejich zajímavou vlastností je zejména schopnost rozlišovat složky chirálních látek, což jsou látky se stejnou chemickou strukturou, ale rozdílným prostorovým uspořádáním. Toto rozdílné uspořádání může mít za následek i zcela opačné vlastnosti. Např. u aspartamu jedna část je sladká, ale zrcadlově opačná forma je hořká. V běžné syntéze vznikají takovéto látky v poměru 1:1, což je pro další použití nevhodné. Enzymy dokáží takovou látku selektivně vyčistit od nepotřebné nebo dokonce zdraví nebezpečné složky. V proteinovém inženýrství existují dva hlavní směry, kterými se enzymy s novými vlastnostmi získávají: * Racionální design * Řízená evoluce **Racionální design** klade velký důraz na strukturální a biochemickou analýzu studovaných bílkovin. Informace z obou analýz jsou využity k návrhu změn struktury bílkovin, které povedou ke zlepšení jejích užitkových vlastností. K designu změn se často využívá počítačové modelování. Metoda racionálního designu je velmi náročná na znalosti, zkušenosti a laboratorní vybavení. Vyžaduje mezioborovu spolupráci k jejímu úspěšnému provádění. **Řízená evoluce** napodobuje vývojové procesy probíhající v živé přírodě. Na rozdíl od té přirozené však probíhá ve zkumavce ve velmi zrychlené podobě. S trochou nadsázky dokáže vtěsnat evoluci v řádu miliónů let do několika dnů či týdnů. Principem metody je konstrukce statisíců náhodných variant bílkovin, nesoucích změny ve struktuře vedoucích k novým vlastnostem. Knihovna pozměněných bílkovin se následně podrobí srceeningu s cílem nalézt varianty s nejlepšími užitkovými vlastnostmi. Výběr lze přirovnat k přírodnímu selekčnímu tlaku a celý proces ke genetickému šlechtění molekuly. Metoda řízené evoluce není tak náročná na znalosti jako racionální design, vyžaduje však velmi pokročilé laboratorní technologie. Její použitelnost je širší s vyšší pravděpodobností pozitivního výsledku.

---

46