Белковая инженерия

Введение. 

Белковая инженерия — новая область молекулярной биологии и биотехнологии — возникла как синтетическая наука и вобрала в себя последние достижения генной инженерии, структурной биологии и компьютерных технологий. Как главную задачу белковая инженерия ставит направленное изменение структуры существующих белков для придания им новых уникальных или изменения существующих свойств.

Биохимики давно пытались улучшить свойства природных белков, в частности ферментов, для изменения их специфичности, каталитической активности, пределов функционирования, увеличения стабильности, придания им новых функций и т. д. Природные ферменты обычно функционируют только в узких определенных интервалах температур и физико-химических условий, что существенно ограничивает их использование в биотехнологии. Белковая инженерия позволяет адаптировать структуру белков и их свойства к условиям, необходимым для биотехнологических процессов

Направления белковой инженерии.

Основными направлениями белковой инженерии в настоящее время являются:

1. Структурно-функциональный анализ белков методами сайт-направленного мутагенеза отдельных аминокислотных остатков (рациональный белковый дизайн).

Возможность направленных селективных замен определенных аминокислотных остатков методом сайт-направленного мутагенеза позволяет изучать их функциональную роль. Особенно эффективным является использование этого метода в комплексе с рентгеноструктурным анализом или структурной ЯМР-спектроскопией. При проведении данного типа мутагенеза происходит направленное изменение определенного нуклеотида в последовательности гена, приводящее к изменению соответствующей аминокислоты в белке. Используется олигонуклеотидный праймер, в последовательность которого введена планируемая мутация, с последующим его включением в состав молекулы ДНК в ходе полимеразной цепной реакции (ПЦР) или матричного синтеза ДНК. Применяя методы сайт-направленного мутагенеза, можно вводить в ДНК такие мутации, как точечные замены, вставки, делеции, инверсии, слияние генов.[pic 1]

Что нужно для проведения сайт-направленного мутагенеза?

Знать, какой именно нуклеотид должен быть заменён, к чему это приведёт и главное – при помощи in silico методов предположить функции нового белка.

2. Случайный мутагенез и селекция белков с определенной функцией (направленная эволюция).

В отличие от рационального белкового дизайна для осуществления направленной эволюции не нужно знать структуру белка. В ген исследуемого белка (фермента) случайным образом вносят мутации, а затем с помощью быстрого функционального теста из образовавшихся форм белка выбирают те, которые обладают улучшенными свойствами, например повышенной активностью.