Phương pháp nhận dạng, phát triển enzim mới

Danh Phương

Sự tác động lẫn nhau khó hiểu của các protein và chất hóa học khác làm cơ sở cho hầu hết các hoạt động sinh học cần đến sự tham gia của enzim, phân tử được chuyên hóa nhằm làm tăng nhanh hơn phản ứng hóa học giữa các phân tử.

Trong xuất bản của tờ Nature hôm 16 tháng 8, hai nhà nghiên cứu thuộc bệnh viện Đa Khoa Massachusetts đã mô tả một phương pháp chế tạo ra enzim lạ, lần đầu tiên các enzim này không đòi hỏi phải biết trước một cách chính xác các enzim hoạt động như thế nào.

Tiến sĩ khoa sinh vật học phân tử thuộc Bệnh viện Đa khoa Massachusetts, tác giả chính bài báo cáo Jack Szostak nói: “Đến bây giờ, nguồn enzim duy nhất là sinh vật học. Những nổ lực to lớn đang tiến gần đến việc sửa đổi và cải tiến những enzim tự nhiên này, và công trình nghiên cứu của chúng tôi chứng minh được tiềm năng của việc làm tiến hóa hoàn toàn chất enzim mới trong phòng thí nghiệm.”

(Ảnh minh họa: Search)

Szostak và đồng tác giả của ông, tiến sĩ Burckhard Seelig đã sử dụng một kỹ thuật mới gọi là phô bày mRNA - trước đây đã được phát triển trong phòng thí nghiệm của Szostak – cho phép nhận biết và phát triển các protein phù hợp với những tiêu chuẩn riêng biệt. Để tạo ra 1 enzim kích thích hoặc gây xúc tác chỗ nối của hai đoạn RNA theo một cách diễn ra không tự nhiên, họ đã bắt đầu bằng cách tạo ra một thư viện chứa 4 nghìn tỷ protein nhỏ cùng với biến đổi không đáng kể trong các chuỗi của chúng. Khi đó, mỗi protein đều mang theo những đoạn RNA kết nối lại với nhau, được gọi là chất nền.

Nếu 1 protein riêng biệt nào đó kích thích chất nền RNA để kết nối, dẫn đến kết quả đáng kể trong một phân tử lớn hơn, làm cho protein trở nên quan trọng, đó là một enzim thực thụ. Điều tra viên có thể chọn ra các dải RNA lớn hơn, sinh ra nhiều enzim hơn, và lập lại cuộc thí nghiệm. Sự kích thích sinh ra các đột biến ngẫu nhiên để sản xuất ra các dạng enzim khác nhau và làm giảm đi khoảng thời gian cho phản ứng ghép nối, giúp sự phát triển của các phiên bản hiệu quả hơn bằng cách tiến hóa theo chỉ dẫn.

Szostak để ý phiên bản cuối cùng của enzim họ đã tạo ra quá nhỏ và vẫn chưa được ổn định, nhưng đó là điểm khởi đầu để cho các chiến lược khám phá phụ có thể cải tiến hoạt động của nó. Kỹ thuật phô bày mRNA tương tự cũng có thể nhận dạng các enzim bị vỡ hoặc làm giảm bớt các phân tử đệm của chúng.

Szostak giải thích: “Chúng tôi hy vọng công trình nghiên cứu dựa trên chất enzim đầy lạc quan này sẽ chứng minh rằng chúng tôi có thể phát triển các chất xúc tác có tính hoạt động tốt như các enzim vốn diễn ra tự nhiên. Chúng tôi cũng muốn xác định xem cấu trúc 3D của chất enzim mới làm thế nào nó kết hợp với chất đệm lớn hơn và gây xúc tác điểm nối của 2 dải RNA."

Szostak cũng là giáo sư Di truyền học tại trường Y khoa Harvard, là một điều tra viên Viện Y học Howard Hughes và là thành viên của trung tâm Sinh vật học điện toán hợp nhất. Cuộc nghiên cứu này được ủng hộ bởi một khoản tiền trợ cấp từ Viện Sinh vật học vũ trụ thuộc cơ quan NASA, và Seelig's phần nào được ủng hộ bởi chương trình Emmy Noether-Programm của Deutsche Forschungsgemeinschaft.