ИСТИНА

Последние годы наблюдается вновь возрастающий интерес к ферментам. Демонстрация дополнительных каталитических активностей наряду с давно известной функцией для целого ряда ферментов (явление мунлайтинга), открытие функциональной роли ферментов, потерявших основную функцию (изучение роли так называемых псевдоферментов), появление все большего объема данных, свидетельствующих о том, что аллостерическая регуляция может быть присуща не отдельным, а практически всем ферментам – все эти факты указывают на новые возможности их практического использования. Применение междисциплинарных подходов в рамках единой платформы, позволяющей объединить возможности биоинформатики, молекулярного моделирования, теоретической химии, белковой и генетической инженерии может в значительной степени ускорить этот процесс [1-4]. В докладе обобщен опыт лаборатории по созданию и использованию такой платформы в двух областях: для создания биокатализаторов с улучшенными свойствами, а также для дизайна новых лекарственных средств. Задачу модуляции функциональных свойств ферментов можно решить двумя путями – путем изменения структуры белка, а также в результате взаимодействия фермента с модулирующими молекулами. До недавнего времени в дизайне лекарств основной мишенью являлись активные центры ферментов с целью поиска конкурентных ингибиторов, предотвращающих связывание субстратов и кофакторов. В последние годы становится ясным, что в структуре ферментов наряду с хорошо аннотированными активными центрами имеется существенное количество полостей и участков связывания, функциональная роль которых неизвестна. Чтобы понять, можно ли использовать такие центры для решения практических задач, необходимо их идентифицировать, характеризовать и установить возможную роль в модуляции функции. Для решения этих задач мы предлагаем использовать методологию, объединяющую возможности биоинформатики и молекулярного моделирования, которая реализована в настоящее время в виде 4-х общедоступных серверов. Разработанная методология была опробована при поиске путей модуляции активности, селективности и стабильности ферментов разных семейств, а также идентификации ранее неизвестных участков связывания в структуре ферментов для связывания модулирующих лигандов. Применение метода позволило увеличить стабильность и синтетическую активность пенициллинацилазы, расширить субстратную специфичность D-аминопептидазы и придать амидазную активность липазе, а также найти специфические ингибиторы ряда ферментов патогенов [5,6]. Исследования поддержаны Российским научным фондом (грант 15-14-00069-П) Литература: 1. Suplatov D., Kopylov K., Popova N., Voevodin V., Švedas V. Mustguseal: Server for Multiple Structure-Guided Sequence Alignments of Protein Families // Bioinformatics. – 2018. – DOI:10.1093/bioinformatics/btx831. 2. Suplatov D., Sharapova Y., Timonina D., Kopylov K., Švedas V. The visualCMAT: a web-server to select and interpret correlated mutations/co-evolving residues in protein families // J. Bioinform. Comput. Biol. – 2018. – DOI: 10.1142/S021972001840005X 3. Suplatov D. et al. Zebra: a web server for bioinformatic analysis of diverse protein families // J. Biomol. Struct. Dyn. – 2014. – Vol. 32. – №. 11. – P. 1752-1758. 4. Suplatov D., Kirilin E., Arbatsky M., Takhaveev V., Švedas V. pocketZebra: a web-server for automated selection and classification of subfamily-specific binding sites by bioinformatic analysis of diverse protein families // Nucleic Acids Research. – 2014. – Vol. 42. – №. W1. – P. W344-W349. 5. Shcherbakova T. et al. The βD484N mutant of penicillin acylase from Escherichia coli is more resistant to inactivation by substrates and can effectively perform peptide synthesis in aqueous medium // J. Mol. Catal. B Enzym. – 2015. – Vol. 112. - 66–68. 6. Suplatov D. et al. Computational design of a pH stable enzyme: understanding molecular mechanism of penicillin acylase’s adaptation to alkaline conditions // PLoS ONE. – 2014. – Vol.9. - # 6. - e100643.