새로운 공정으로 자연에 존재하지 않는 아미노산을 더 쉽게 만들 수 있습니다

신체의 모든 단백질은 아미노산이라고 불리는 동일한 20개의 빌딩 블록으로 구성됩니다. 하지만 자연이 제한된 툴킷에 갇혀 있다고 해서 인간이 자연을 확장할 수 없다는 의미는 아닙니다.

발표된 연구Pitt 화학자를 포함한 팀이 Science에서 단백질 기반 치료법에 사용하고 유기 화학의 새로운 분야를 열 수 있는 "비천연" 아미노산을 생성하는 강력하고 새로운 방법을 설명합니다.

Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences의 화학 교수이자 논문의 교신저자인 Peng Liu는 “이것은 완전히 새로운 변화입니다. 자연과 화학의 새로운 변화입니다.”라고 말했습니다. "효소에게 아미노산의 부자연스러운 구성을 생성하도록 지시하는 것은 드문 일이며 신중한 생명공학을 통해 이를 수행해야 합니다."

더 큰 단백질의 한 조각만 바꾸면 그 모양과 기능이 바뀔 수 있습니다. 따라서 비천연 아미노산은 단백질이나 그 작은 사촌을 활용하는 항생제나 면역억제제와 같은 새로운 종류의 치료법을 열 가능성이 있습니다.

그러나 실험실에서 그러한 분자를 생성하는 것은 번거롭고 다단계 과정입니다. 서로 연결되어 단백질 사슬을 형성하는 아미노산 조각은 연구자가 분자의 나머지 부분을 화학적으로 변형시킬 때 보호되어야 합니다. 그러나 새로운 논문에 설명된 반응은 더 간단하고 효율적이며 화학자들에게 생성된 분자에서 원자 그룹의 방향이 어떻게 지정되는지에 대한 전례 없는 수준의 제어를 제공합니다.

또한 PLP 효소라는 화학적 도구를 특이한 방식으로 사용합니다. 효소는 반응을 촉매하는 단백질입니다. 일반적으로 생명공학에 의해 기능이 변경되더라도 효소가 할 수 있는 일은 화학자가 다른 방법으로 달성할 수 있는 알려진 화학 과정의 속도를 높이는 것뿐입니다. 그러나 이 새로운 반응의 효소는 감광성 분자 촉매와 결합하여 그 이상을 달성할 수 있습니다.

Liu는 “생명공학 효소가 소분자 촉매보다 더 나은 효율성을 제공한다고 주장할 수 있지만 동일한 반응을 촉매합니다.”라고 말했습니다. “그러나 이것은 완전히 새로운 반응입니다. 이전에는 존재하지 않았습니다.”

Liu의 그룹은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 원자와 전자 수준의 화학 반응에서 일어나는 복잡한 춤을 파악하고 실험을 수행하는 그룹이 발견한 "무엇"에 "이유"를 추가합니다. 이 논문을 위해 Liu와 Pitt 박사후 연구원 Binh Khanh Mai는 Yang Yang이 이끄는 UC Santa Barbara 연구원 팀과 협력했습니다. 이 협력은 Yang이 방문 대학원생으로 Liu의 연구실에서 여름을 보냈던 2014년부터 강력해졌습니다. .

Liu와 Mai는 반응이 어떻게, 왜 일어나는지 이해하기 위해 Yang의 그룹이 제공한 데이터를 조사하여 화학자들에게 보이지 않는 중간 단계를 알아냈습니다. 두 사람은 특히 면밀히 관찰한 한 단계에서 전자가 두 분자 사이의 경로에서 비정상적으로 먼 거리를 이동해야 한다는 사실을 확인했습니다. Liu는 “이것은 자연에 새로운 단계이고 전체 반응 메커니즘을 지원하기 때문에 이러한 가능성에 대해 신중한 모델링을 해야 했습니다.”라고 말했습니다.

이러한 모델을 뒷받침하는 것은 엄청난 컴퓨팅 성능입니다. Liu는 Pitt의 연구 컴퓨팅 센터를 실험실 성공의 필수 요소로 꼽습니다. 화학 반응의 복잡성을 이해하기 위해 그룹이 수행하는 복잡한 시뮬레이션에는 최첨단의 강력한 슈퍼컴퓨터를 사용하여 시간이 필요하기 때문입니다.

그럼에도 불구하고 여전히 해결되지 않은 질문이 있으며, 이 문서는 두 팀 간의 일련의 협력 중 첫 번째 단계에 불과합니다. 만약 그들이 비정상적인 반응이 일어나는 이유를 더 잘 이해할 수 있다면 Liu의 그룹은 이를 다양한 맥락에서 활용하여 다양한 새로운 화학 도구, 의약품 등을 만들 수 있는 능력을 열 수 있을 것입니다.

"당신이 만들 수 있는 비천연 아미노산의 종류는 얼마나 많은지 생각해 볼 수 있습니다. 그 수는 거의 무제한입니다."라고 Liu는 말했습니다. "그렇다면 이 통찰력을 사용하여 다른 새로운 반응도 개발할 수 있을까요?"