Соединение энзимологии и синтетической биологии

Таким образом, синтетическая биология может полностью раскрыть свой потенциал, если она сможет использовать все многообразие миллионов различных вариантов ферментов и гомологов, которые существуют в природе. Хотя такая информация собирается и предоставляется многими лабораториями энзимологии и биохимии во всем мире в рамках усилий сообщества, она не предоставляется оптимальным образом, с тем чтобы ее можно было использовать для сообщества синтетического метаболизма. Как можно было бы преодолеть этот кажущийся разрыв?

Во-первых, необходимо будет собирать ферментативные данные более стандартизированным образом. На самом деле, стандартизация была важной движущей силой в развитии синтетической биологии. Вероятно, это лучше всего демонстрирует система Биобрика [62] и множество стандартизированных генетических элементов, доступных для сборки сложных генетических сетей. Стандарт STRENDA [63,64] возможно, это даст хороший синий отпечаток того, как ферментативные данные могут быть организованы и сообщены энзимологами в будущем, чтобы синтетический биолог мог лучше сравнивать и оценивать различные ферменты в отношении их пригодности для данного пути.

Во-вторых, важно не только исследовать данный фермент в отношении его нативной реакции, но и более систематически изучать его (потенциальные) побочные реактивности. Для каждого нового охарактеризованного фермента было бы полезно, если бы энзимолог проверил хотя бы небольшой набор аналогов субстрата и/или кофактора. Даже если детальные кинетические данные не потребовались бы, тот факт, что определенная побочная реактивность существует в каркасе данного фермента, уже был бы очень полезной и актуальной информацией для синтетического биолога. С одной стороны, эта информация может быть использована для идентификации целевого фермента для дальнейшей инженерии с целью развития побочной реактивности как основной активности [38,39]. С другой стороны, эти данные позволили бы синтетическому биологу предвидеть потенциально нежелательные побочные реакции в метаболической сети заданной частью и принять соответствующие контрмеры [58].

В-третьих и, наконец, там не может быть описано достаточно ферментов. Открытие новых ферментов, а также характеристика гомологов известных ферментов должны быть продолжены и в конечном итоге даже усилены. Только эти усилия позволят построить исчерпывающую библиотеку ферментных частей для уровня 3, уровня 4 и уровня 5 метаболической инженерии. В то же время методы (ре-)инжиниринга и de-novo проектирования ферментов нуждаются в дальнейшем развитии. Это позволит в дальнейшем развивать и улучшать каталитическую активность ферментов и создавать новые ферментативные реакции, которые не могут быть найдены естественным путем. В целом, эти мероприятия расширят границы естественного метаболизма и проложат путь к синтетическим метаболическим сетям. Энзимология далеко не является старомодным бизнесом, его самая плодотворная эпоха, возможно, только началась.

Благодарности

Автор хочет поблагодарить Карстена Кеттнера за организацию симпозиума по энзимологии Байльштейна 2017 года, который послужил вдохновением для этого обзора, а также двух анонимных рецензентов за их ценные предложения во время процесса обзора. Исследования автора по проектированию и реализации синтетического метаболизма поддерживаются обществом Макса Планка, Европейским исследовательским советом (ERC "Syborg“), а также BMBF (”FormatPlant").