עיצוב אנזימים לפירוק פסולת חקלאית וליצירת אנרגיה מתחדשת
עיצוב אנזימים לפירוק פסולת חקלאית וליצירת אנרגיה מתחדשת
עיצוב אנזימים לפירוק פסולת חקלאית וליצירת אנרגיה מתחדשת
אנזימים מוציאים לפועל תהליכים כימיים המתחוללים בגוף החי. הברירה הטבעית שִכללה ושיפרה את פעילותם של אנזימים, המבצעים מספר רב של תגובות כימיות ביעילות ובקצב גבוה פי מיליארדים מאשר בלעדיהם. אנזימים יכולים להוות חלופה ירוקה ויעילה לתהליכים כימיים מסובכים ומזהמים. כיום, ביוכימאים מהנדסים אנזימים בשיטה המדמה את תהליך האבולוציה בטבע: תחילה הם מחוללים שינויים אקראיים בקוד הגנטי של האנזימים, ואז בוחנים איך השתנתה פעילותם. התהליך המעבדתי מורכב, איטי ועתיר מאמץ.
במקום הנדסת חלבונים במעבדה, ניתן כיום לתכנן חלבונים באמצעות תוכנות סימולציה במחשב, שדורשות שהרצף והמבנה של החלבונים יהיו ידועים. עד כה, מעט מאד מן האנזימים שתוכננו בשיטות מסוג זה היו פעילים.
במחקר שנעשה במעבדתו של פרופ' פליישמן ממכון ויצמן למדע ופורסם השבוע ב- Science, נקטו החוקרים בגישה פורצת דרך בתחום למידת מכונה לשיפור פעילות אנזימים. הם פרקו מבני אנזימים הנמצאים במאגר נתונים (PDB- Protein Data Bank) למקטעים מודולריים שניתן לדמות אותם לאבני לגו, חיברו אותם מחדש באמצעות למידת מכונה ויצרו מהם מגוון של מבני אנזימים פעילים. את המחקר ערכו החוקרים באמצעות ידע מבני אודות אנזימים טבעיים המפרקים את רב-הסוכר קסילאן (xylan) הנמצא בדפנות תאי צמחים.
בשלב הראשון, הם ביצעו למידת מכונה על בסיס חישובים פיזיקליים וניבאו את הסיכויים שחלקי החלבון השונים (חלקי הלגו) ירכיבו אנזימים יציבים. בשלב הבא, החוקרים שילבו בלמידת המכונה עשר תכונות המנבאות בצורה הטובה ביותר האם האנזים יהיה פעיל בפירוק רב-סוכרים. הם עיצבו כ-12,000 אנזימים שיכולים להיות פעילים – 9,000 אנזימים המפרקים קסילאן ו-3,000 נוספים המפרקים תאית. הטכנולוגיה שאותה פיתחו החוקרים - Combinatorial Assembly and Design of Enzymes) CADENZ) - היא ייחודית בתחום של הנדסת חלבונים. טכנולוגיה זו משלבת למידת מכונה אוטומטית ואמינה לייצור אנזימים בעלי רמת פעילות גבוהה יחד עם ידע קיים אודות מבני חלבונים, והיא עתידה לחולל מהפכה בתחום האנזימים והחלבונים.
מטרת החוקרים היא לחקור אנזימים המפרקים קסילאן כדי לעצב אנזימים המפרקים ביעילות פסולת חקלאית אשר ניתן לייצר ממנה דלק ביולוגי.
למאמר המלא בכתב העת Science.
שאלה נוספת לדיון - הועלתה בקבוצת "הרצוג - מדברים מדע"
-
מדוע לדעתכם הנדסת חלבונים הופכת למרכיב מרכזי בכלכלה ובתעשיית התרופות העולמית?
-
האם ניתן לשלב ניסויי מעבדה עם מחקר זה?
היכנסו לקבוצה הוואטסאפ :
Comments