Ana sayfa Bilim Gündemi Neden tasarlanmış proteinler, doğal proteinlerin aksine yüksek sıcaklıklara daha dayanaklıdır?

Neden tasarlanmış proteinler, doğal proteinlerin aksine yüksek sıcaklıklara daha dayanaklıdır?

151

Biyomühendisler, laboratuvar koşullarında tasarlanan proteinlerin, doğal proteinlere kıyasla daha yüksek sıcaklıklarda bile aktif kalabilmesinin nedenini keşfetmiş olabilir. Doğal proteinlerin yüksek sıcaklıklarda yapılarını koruyabilen türleri, kağıt üretiminden kimyasal üretime kadar geniş bir uygulama alanına sahiptir. Proteinlerin yüksek sıcaklıklara dayanıklı olma oranını artırmak, biyoteknoloji araçlarıyla araştırılan en güncel konulardan biridir.

PNAS portalında yayınlanan yeni çalışmada endüstriyel süreçlere uyarlanabilirliği yüksek olan, laboratuvarda üretilebilecek proteinlere odaklanılıyor.

Proteinler hakkında araştırma yapan biliminsanlarından bazıları tıbbi, farmasötik ve endüstriyel uygulamalar için yeni protein tasarımları üretmeye odaklanırken bazıları da –özellikle de protein mühendisleri- doğal proteinlerin yapılarında çeşitli değişiklikler yaparak üzerinde çalıştıkları proteinlere yeni özellikler kazandırmaya çalıştı. Ancak proteinlerin genel işleyişi bozulmadan işlevlerinde değişiklik yapılması oldukça zordur. Protein mühendisleri bu durumu engellemek için “de novo protein tasarımı” yaparak proteinlere işlev kazandırmaya çalıştı. Proteinleri sıfırdan oluşturmayı kapsayan bu teknik bazı sorunları da peşinden getiriyordu. Örneğin hesaplama zorlukları ve protein katlanması ilkelerinin tam anlamıyla uygulanamaması gibi.

Protein katlanması bir proteinin oluşumu için en temel mekanizmalardandır. Bu karmaşık mekanizmanın tüm işleyişi tam anlamıyla bilinmediği için protein tasarımları yapmak zordur. Son yıllarda protein mühendisleri proteinlerin katlanma sürecini bütünlüklü bir biçimde anlamak için bir biri ardına çok sayıda çalışma başlattı ve proteinlerin tasarımı için gereken ana ilkeleri keşfetmeye çalıştı. Protein mühendisleri yaptıkları çalışmalarda, dikkat çekici bir özelliği daha keşfetti. Protein tasarımları yüksek sıcaklıklara doğal proteinlerden daha dayanıklıydı. Araştırmacılar laboratuvar üretimi olan bazı proteinlerin 100 ºC’de bile çalışabildiğini belirtiyor.

Protein tasarımları için gerekli olan ilkeler hakkındaki araştırmalar, nitrojen, karbon, oksijen ve hidrojen atomlarının zincirinden oluşan protein omurga yapısının önemli olduğuna dikkat çekiyordu. Proteinlerin omurga yapısının hidrofobik çekirdeğin sıkı bir biçimde paketlenmesini sağlayan protein katlanmaları için itici kuvvet olduğu da çalışmalarda vurgulanmaktaydı. Bu noktada akıllara bir soru geliyordu: Yüksek sıcaklıklarda bile yapılarını koruyabilen protein tasarımları için omurga yapısı mı yoksa protein katlanmaları mı daha önemliydi?

Araştırmacılar, ürettikleri protein tasarımlarının içinden ısıya en dirençli proteinleri seçti ve bu proteinlerin hidrofobik çekirdekleri üzerinde çeşitli değişiklikler yaptı. Değişiklere rağmen proteinlerin katlanma biçimlerinde ve ısıya dayanıklılıklarında çok az bir azalma olduğunu gördüler. Bu durum da hidrofobik çekirdek yapısının değil ana omurganın ısıya dayanıklılığın sağlanmasında işlevli olduğunu düşündürdü.

Biliminsanları yüksek sıcaklıklara dayanıklı protein tasarımları üretebilmek için odaklanılacak temel noktanın proteinlerin omurga yapısı olduğunun altını çiziyor. Araştırmacılar için bir sonraki adım, protein tasarımları için özellikle protein omurgasının alt sistemlerini ve özellikle de halka yapılarını anlamaya çalışmak olacak.

Kaynak: https://phys.org/news/2020-12-lab-made-proteins-unusually-high-temperature.html