Forskare från University of Bristol har designat ett artificiellt enzym som fungerar lika bra (och i vissa fall bättre än) en vital klass av naturliga enzymer.

Enzymer är fundamentalt viktiga biologiska molekyler som utför huvuddelen av de kemiska reaktionerna i alla levande organismer.

Dessa reaktioner driver cellulärt liv och är involverade i ett stort antal processer som är nödvändiga för att ge cellerna deras kemiska och fysikaliska egenskaper.

Vidare, många enzymer deltar i kemiska reaktioner som har kommersiellt eller medicinskt värde, och för vilka vi inte har några bra konstgjorda ämnen som kan katalysera sådana reaktioner med samma precision och effektivitet som enzymer.

Det artificiella enzymet syntetiserades i en fullt fungerande form av E. coli-bakterier och kan vara av betydande intresse för bioteknikindustrin på grund av dess industriellt relevanta katalytiska aktiviteter, termisk stabilitet och kemisk beständighet.

De skulle till och med kunna användas som ersättning för vissa naturliga enzymer som är mer komplexa och svåra att producera i större skala.

För att uppnå detta använde teamet ett tillvägagångssätt som eliminerar evolutionär komplexitet genom att använda små, enkla och helt konstgjorda proteiner in i designprocessen.

Dr Ross Anderson från University of Bristol's School of Biochemistry, sa:"Vi beskriver dessa proteiner som maquetter, en term som används inom skulptur för att beteckna en skalenlig modell från vilken ett slutligt verk skapas.

"Proteinmaketten tillåter på samma sätt designern att införliva funktionella element på en stabil proteinställning. I det här fallet, vi anpassade en tidigare maquettedesign där vi använde maskineriet som fanns i en levande bakteriecell för att permanent ympa hem-molekylen in i proteinets struktur."

De ändringar som gjorts, underlättade bindningen av väteperoxid till hemmolekylen, ett nödvändigt steg i katalys som är gemensamt för peroxidasfamiljen av enzymer.

Med dessa förändringar, maquetten kunde inte bara binda väteperoxid, men också att omvandla det till en mer reaktiv form som kan dra elektroner från en rad enkla organiska molekyler, på samma sätt som naturliga peroxidaser fungerar.

Eftersom maquetten också är helt sammansatt i bakterieceller, det gav teamet möjlighet att utnyttja dessa kemiska transformationer i levande celler, eller att överväga att integrera det i en organisms metaboliska vägar.

Dr Anderson tillade:"Så i huvudsak, vi har gjort ett artificiellt (eller de novo) enzym som fungerar lika bra (och i vissa fall bättre än) en vital klass av naturliga enzymer.

"Det är promiskuöst - som många av de naturliga peroxidaserna är - och kan stå som en robust prototyp från vilken många funktionella katalysatorer kan utvecklas.

"Vid katalytisk aktivitet, det är så nära naturliga enzymer (och med tanke på att bakterierna gör det i en aktiv form), om det renades utan kunskap om dess artificiella ursprung skulle det tillskrivas en naturlig funktion och behandlas som ett nytt naturligt enzym."