Новый метод поиска ферментов. Сотрудники лаборатории РАН на Камчатке

Микроорганизмы и их ферменты играют значимую роль в биотехнологиях, находя применение в различных сферах деятельности человека. Большое разнообразие прокариот, большинство из которых еще не культивируются, представляет собой неисследованный источник новых белков и понимания взаимодействий микроорганизмов в их естественной среде.

Группа ученых из Германии разработала инновационный мультиомный метод, позволяющий идентифицировать ферменты на основе их функций в микробных сообществах непосредственно в их природной среде. Этот метод устраняет пробел между метагеномикой и реальной активностью белков in vivo.

Микробные сообщества играют ключевую роль в экосистемах благодаря уникальным ферментам, которые они производят. Эти ферменты представляют собой огромный и пока еще малоизученный потенциал для исследователей. Изучение белков микроорганизмов помогает понять их функционирование в естественной среде, а также открывает новые возможности для применения в биотехнологиях.

Существуют различные методы для поиска ферментов, включая белковое профилирование, направленное на идентификацию микроорганизмов по спектру их белков. Однако даже самые современные методы, основанные на метагеномике и биоинформатике, часто не могут точно предсказать функции белков и активность ферментов in vivo.

Одним из передовых методов является профилирование белков на основе их активности (ABPP). Эта технология позволяет определять функции белков и изучать активность ферментов в сложных биологических системах с использованием специальных зондов, которые связываются с различными ферментами.

Метод ABPP успешно применяется в биомедицине для обнаружения биомаркеров и лекарственных препаратов, а также в микробиологии для изучения патогенов. Недавно этот метод был использован для поиска промышленных биокатализаторов, включая ферменты, разлагающие лигноцеллюлозу.

На основе этой технологии немецкие ученые разработали новый метод – экологическое профилирование белков на основе их активности (eABPP). Он сочетает мечение активно работающих ферментов в сообществе с секвенированием метагенома, что позволяет точно аннотировать метагеном выявленными активностями белков.

Метод eABPP позволяет исследовать белковые спектры микроорганизмов, включая неизвестные таксоны, в их природной среде. Специальная процедура подготовки проб и анализа данных позволяет выявлять активные ферменты в сложных экологических метапротеомах.

Для проверки эффективности метода ученые провели исследования в горячих источниках Камчатки, сотрудничая с ФИЦ Биотехнологии РАН. В рамках совместного гранта Российского научного фонда и Немецкого научно-исследовательского сообщества были проведены полевые испытания.

В экспериментах были обнаружены активно работающие термостабильные сериновые гидролазы. Результаты показали высокое разнообразие микробных сообществ и наличие множества ферментов с серин-гидролазной активностью. Обнаруженные группы прокариот включали множество неизученных микроорганизмов с неизвестным функциональным потенциалом.

Эксперименты в горячих источниках Камчатки продемонстрировали эффективность метода eABPP. Биохимические исследования подтвердили, что этот подход может быть успешно использован для определения активности ферментов in vivo.

Новый мультиомный метод eABPP позволит вывести исследования по поиску ценных ферментов на новый уровень и внесет значительный вклад в экологические исследования взаимодействий внутри микробных сообществ в их естественных местах обитания.