测序DNA的能力，导致了人类基因组计划他在90年代彻底改变了生物化学。东北大学化学和化学生物学教授Mary Jo Ondrechen和Penny Beuning都注意到这项技术开辟了一个关键的研究领域:了解酶，DNA编码的加速化学反应的生物蛋白质。Ondrechen休了个假，学习更多关于新技术的含义，Beuning花时间学习更多关于DNA损伤反应和酶在这些反应特异性中的作用。

随着对酶的理解的扩大，一个新的领域出现了:酶设计。化学工业使用的许多化学反应——用于开发药品、化妆品、杀虫剂、塑料、金属、回收技术等等——需要昂贵的过程、大量的能源、极端的高温和酸性环境。酶可以使这些反应在室温和中性环境下进行。

Ondrechen的作品发展计算方法研究酶的结构如何创造它们的功能。在实验室里，博宁观察了一下酶是如何在功能上变得精确和高效的。2010年左右，教授们开始了合作把他们实验室的技能结合起来。现在，他们正在进行一项由国家科学基金会资助的新项目，最终了解酶内部原子水平的相互作用，以便为科学家和化学工业如何设计新的酶提供信息。Ondrechen和Beuning希望为研究人员提供完善身体已经开始的练习的工具。

“我对那些关于酶功能的问题很感兴趣，”博宁说。她补充说，Ondrechen“拥有真正解决这些问题的工具”。

酶设计的新领域通常使用蛮力方法开发特定行业应用的酶。目前的方法包括首先使用计算机程序，试图通过将活性位点氨基酸放置在大致正确的位置来创造具有所需功能的酶。活性位点传统上被认为是根据酶的相对位置来定义酶的功能。

然而，由于人们对构成酶的氨基酸之间复杂的相互作用知之甚少，因此很难立即产生一种好的酶。一旦计算机生成了一种功能大致正确的弱酶，科学家们就会以数百种方式改变这种酶，并测试是否有任何变体改善了功能。然后，他们挑选最有希望的，反复迭代。目前需要数年时间才能最终找到一种具有所需功能的强酶。

“如果我们能对它们有更多的了解，这样我们就能减少它们的数量，我认为这将是一个很大的影响，”在Beuning和Ondrechen实验室合作的博士生艾米丽·米切罗尼(Emily Micheloni)说。

Ondrechen和Beuning的计划包括三个目标，他们希望最终能够阐明氨基酸之间的复杂关系，这些氨基酸构成了活性位点几乎相同的强酶和弱酶之间的差异。

Ondrechen说:“这个想法是为酶工程的新领域提供指导——提高酶的活性或产生新的活性。”

首先，研究小组希望在酶经过传统基因设计的漫长而反复的过程中进行追踪，以确定在酶缓慢改进的过程中，哪些化学性质被纳入酶中。其次，研究小组将研究一种酶，当远离活性位点的分子片段发生改变时，这种酶几乎失去了所有的功能，目的是弄清楚远离活性位点的氨基酸是如何影响该位点的功能的。

最后，该团队将把这些片段放在一起，以一个例子来说明这种新的、基于知识的、精确的酶设计过程是如何工作的，从一种已知的弱酶开始，并将其进化成一种类似的已知强酶。

“我们希望证明我们的想法是普遍的，”Ondrechen说。“如果你想提高活性，你必须建立这些特定的相互作用……以获得正确的化学性质。”

本科生和研究生已经在这个项目上取得了重大进展。在流感大流行期间，当研究人员无法在实验室工作时，参加该项目的学生们致力于搜索数据库并对具有不同功能和强度的酶进行分类。现在，这些实验室接待了少数本科生和博士生。

“学生们真的推动了这个项目，”博宁说。“这太神奇了。”

Micheloni通过团队的三个目标中的多个来支持这个项目。当研究小组使用他们新的理论和计算框架来预测哪些酶突变会增加活性时，Micheloni测试了这些变异，以确定它们是否有预期的结果。理论和实验的联合协作使团队能够快速测试预测并完善他们的理论工具。这项工作不仅教会了研究小组什么可以增加酶的活性，还教会了他们什么可以杀死酶。

“我们试图找出是什么让克拉克·肯特变成了超人，”Ondrechen说。

图片来源:多米尼克·罗伊特/东北大学raybet雷竞技雷竞技app最新版