Dissenyen molècules mínimes amb capacitat per capturar CO2

La recerca, coordinada per Salvador Ventura i amb Susanna Navarro com a primera autora, ambdós investigadors de l’Institut de Biotecnologia i de Biomedicina i del Departament de Bioquímica i de Biologia Molecular, ha estat publicada a ACS Nano. En l’estudi hi han participat també investigadors del Departament de Química de la UAB i del Centre de Recerca bioGUNE.

Els investigadors de la UAB van crear el 2018 molècules molt curtes amb capacitat d’autoassemblar-se, inspirant-se en el tipus d’assemblatge natural de les fibres amiloides, i basades en unes seqüències específiques de les proteïnes priòniques. Aquests amiloides artificials tenen activitat catalítica, amb avantatges com la modularitat, la flexibilitat, l’estabilitat i la reutilització en comparació amb els enzims naturals. Ara, han descobert la capacitat que tenen d’unir-se eficaçment a diversos ions metàl·lics per actuar com a elements capturadors de metalls i metal·loenzims.

“Aquests pèptids eren particulars, ja que no contenien els aminoàcids típics, com la histidina, que sovint es considera essencial per a la coordinació d'ions metàl·lics en els enzims, i que es pensava que eren imprescindibles per a l'activitat catalítica. En canvi, estaven enriquits amb residus de tirosina, un element que, tot i ser menys conegut en aquest context, també pot tenir la capacitat única de lligar-se amb ions metàl·lics si es troba en el context estructural adequat. Aquesta habilitat de la tirosina és la que hem explotat per crear els nostres nanoenzims”, assenyala Salvador Ventura.

Els resultats tenen implicacions en diverses àrees. En primer lloc, els nanoenzims són estables i tenen el potencial d’utilitzar-se en la remediació ambiental, en processos de tractament d’aigües o sòls contaminats, per la seva notable capacitat de seqüestració d’ions metàl·lics. En segon lloc, poden funcionar com a metal·loenzims capaços de catalitzar reaccions en condicions en què els enzims actuals, molt menys estables, no podrien actuar. Això obre noves possibilitat en la recerca d’àmbits com la biotecnologia, com la de catalitzar reaccions a temperatures i pHs extrems.

Basant-se els nanoenzims dissenyats, els investigadors han desenvolupat amb èxit una variant mínima de l’enzim anhidrasa carbònica que pot capturar el CO₂ emès en processos industrials i altres fonts d’emissió de gasos d’efecte hivernacle de manera eficient i amb un cost de producció molt més baix que la dels enzims naturals, destaquen a l’estudi.

Nova perspectiva sobre els enzims ancestrals

Per obtenir els nous nanoenzims, els investigadors han explorat la idea que l’activitat catalítica en els inicis de la vida podria haver emergit com a resultat de l’autoassemblatge de pèptids curts i poc complexos en estructures semblants a les amiloides, que actuesin com a rudimentaris enzims ancestrals.

“Demostrar que és possible que aquestes molècules tinguin acció catalítica sense necessitat de la coordinació convencional basada en la histidina suposa un canvi significatiu en la nostra comprensió de com es va poder originar l'activitat catalítica en els inicis de la vida. Ara sabem que aquesta activitat es pot aconseguir si els pèptids ancestrals contenen tirosina. Suggerim, doncs, que és molt probable que els enzims ancestrals basats en amiloides utilitzessin també aquest segon aminoàcid en les seves reaccions químiques”, conclou Salvador Ventura.

Per fer l’estudi, els investigadors han combinat experiments i simulacions, fent servir diverses tècniques com l'espectrofotometria, la fluorescència, la microscòpia electrònica, la difracció d’electrons i la modelització computacional avançada.

Article: Susanna Navarro, Marta Díaz-Caballero, Francesca Peccati, Lorena Roldán-Martín, Mariona Sodupe, and Salvador Ventura. Amyloid Fibrils Formed by Short Prion-Inspired Peptides are Metalloenzymes. ACS Nano 2023 17 (17), 16968-16979. DOI: 10.1021/acsnano.3c04164