新しいプロセスにより、自然界に存在しないアミノ酸の製造が容易に

体内のすべてのタンパク質は、アミノ酸と呼ばれる同じ 20 個の構成要素で構成されています。 しかし、自然が限られたツールキットに縛られているからといって、人間がそれを拡張できないというわけではありません。

研究が発表されましたピットの化学者を含むチームによる科学博士論文では、「非天然」アミノ酸を作成する強力な新しい方法が説明されており、これはタンパク質ベースの治療に使用され、有機化学の新しい分野を開く可能性があります。

「これは全く新しい変革です。自然にとっても化学にとっても新しいことです」と、ケネス・P・ディートリッヒ芸術科学大学院の化学教授であり、この論文の責任著者でもあるペン・リュー氏は述べた。 「酵素に不自然なアミノ酸構造を作り出すよう指示することは異例であり、注意深く生物工学的に行う必要があります。」

より大きなタンパク質の一部を変更するだけで、その形状や機能を変えることができます。そのため、非天然アミノ酸は、タンパク質やその小さな類似物を利用する抗生物質や免疫抑制剤などの新しい種類の治療法を開拓する可能性を秘めています。

しかし、そのような分子を研究室で作成するには、多段階の面倒なプロセスが必要です。研究者が分子の残りの部分を化学的に変換する際、互いに結合してタンパク質鎖を形成するアミノ酸の部分を保護する必要があります。 しかし、新しい論文で説明されている反応はより単純かつ効率的であり、化学者は生成する分子内で原子グループがどのように配向するかを前例のないレベルで制御できるようになります。

また、珍しい方法で化学ツールであるPLP酵素も使用します。 酵素は反応を触媒するタンパク質です。通常、酵素の機能が生物工学によって変更された場合でも、酵素ができることは、化学者がたとえ遅い方法であっても他の方法で達成できる既知の化学プロセスをスピードアップすることだけです。 しかし、この新しい反応における酵素は、光感受性分子触媒と組み合わせることで、それをはるかに超えるものを達成することができます。

「生物工学的に作られた酵素は小分子触媒より効率が良いと主張することもできますが、同じ反応を触媒します」とリュー氏は言う。 「しかし、これはまったく新しい反応です。 それは単に以前には存在しなかったのです。」

Liu のグループは、コンピュータ シミュレーションを使用して、原子と電子レベルの化学反応で起こる複雑なダンスを解明し、実験を行ったグループが発見した「何が」に「なぜ」を加えています。 この論文のために、リューとピットのポスドク研究員ビン・カイン・マイは、ヤン・ヤン率いるカリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者チームと協力した。この協力関係は、ヤンが客員大学院生としてリューの研究室で夏を過ごした2014年以来強力に続いている。 。

リウとマイは、反応がどのように、そしてなぜ起こったのかを理解するためにヤンのグループから提供されたデータを調査し、化学者には見えない中間段階を解明した。 二人が特に詳しく観察したあるステップでは、電子は 2 つの分子間の経路上で異常に長い距離を移動する必要があります。 「これは自然界にとって新しいステップであり、反応メカニズム全体を裏付けるものであるため、この可能性について慎重にモデル化する必要がありました」とLiu氏は述べた。

これらのモデルを支えているのは、膨大なコンピューティング能力です。 化学反応の複雑さを理解するために同グループが実行する複雑なシミュレーションには、最先端の強力なスーパーコンピューターを使用する時間が必要であるため、リュー氏はピットの研究コンピューティングセンターを研究室の成功に不可欠な要素として挙げています。

それでも、まだ答えられていない疑問があり、この文書は 2 つのチーム間の一連のコラボレーションの最初のステップにすぎません。 なぜ異常な反応が起こるのかをより深く理解できれば、リュー氏のグループはそれをさまざまな状況で利用して、さまざまな新しい化学ツールや医薬品などを作り出す能力を開拓できるかもしれない。

「何種類の非天然アミノ酸を作ることができるか考えてみると、その数はほぼ無制限です」とリュー氏は言う。 「では、この洞察を利用して、他の新しい反応も開発できるでしょうか?」