Prédire et modifier des enzymes avec l’aide de l’informatique : une première

Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à prédire comment modifier la température optimale d’une enzyme en utilisant d’importantes calculs informatiques. Ils ont utilisé comme base une enzyme adaptée au froid, provenant d’une bactérie antarctique.

Ces enzymes adaptées au froid, que les chercheurs ont utilisées pour leur étude, se retrouvent chez les bactéries et les poissons vivant dans les eaux glaciales. L’évolution les a façonnées pour qu’elles puissent fonctionner même à des températures très basses où d’autres enzymes seraient totalement inactives.

Ces enzymes présentent toujours une température et un point de fusion optimaux plus bas que ceux des enzymes provenant d’animaux à sang chaud et d’organismes vivant à des températures plus élevées.

Des simulations informatiques pour prédire les mutations

Les chercheurs se sont demandé si des simulations informatiques de la réaction chimique catalysée pourraient prédire un petit nombre de mutations dans l’enzyme antarctique qui pourrait entraîner une augmentation de sa température optimale.

Les résultats du calcul ont montré que cela serait possible si 16 mutations étaient insérées dans la variante bactérienne à partir de l’enzyme porcine correspondante.

La mise en pratique : création d’une enzyme hybride

Les chercheurs ont ensuite produit cette enzyme hybride et ont mesuré son activité catalytique en fonction de la température. Il s’est avéré que la nouvelle variante avait une température optimale supérieure de 6 °C à celle de la variante originale et était plus rapide que les enzymes antarctiques et porcines à 50 °C.

Ils ont également résolu la structure tridimensionnelle de l’enzyme hybride par cristallographie aux rayons X et ont démontré que les modifications structurelles nécessaires, prédites par les calculs informatiques, s’étaient bien produites.

L’essor du design d’enzymes basé sur l’informatique

Le design d’enzymes basé sur l’informatique est devenu un domaine de recherche majeur et activement poursuivi ces dernières années. L’objectif est de créer des enzymes aux nouvelles propriétés à l’aide de calculs informatiques, plutôt que par des expériences laborieuses.

« Par exemple, cela peut impliquer la création de nouvelles enzymes qui catalysent des réactions chimiques inédites dans la nature, ou la modification de leurs propriétés afin qu’elles puissent mieux résister à la chaleur, au froid, à la pression élevée, à une salinité accrue, etc. Ce domaine suscite donc un grand intérêt biotechnologique, » note Johan Åqvist, Professeur de Chimie Théorique à l’Université d’Uppsala.

En synthèse

L’étude présente une avancée majeure dans le domaine de la biotechnologie et de la chimie théorique. Elle démontre la capacité de l’informatique à prédire et à réaliser des modifications spécifiques d’enzymes pour en changer leurs propriétés. Cependant, bien que prometteuse, cette technique est encore en cours de développement et doit être améliorée pour garantir la précision des prédictions.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce qu’une enzyme ? Une enzyme est une protéine qui catalyse des réactions biochimiques dans un organisme.
2. Qu’entend-on par « enzyme adaptée au froid » ? Il s’agit d’une enzyme qui a évolué pour fonctionner à des températures très basses, comme celles rencontrées dans les eaux glaciales.
3. Comment les chercheurs ont-ils modifié la température optimale de l’enzyme ? Ils ont utilisé des simulations informatiques pour prédire des mutations spécifiques qui pourraient augmenter la température optimale de l’enzyme. Ils ont ensuite inséré ces mutations pour créer une enzyme hybride.
4. Quels sont les avantages du design d’enzymes basé sur l’informatique ? Il permet de prédire et de créer de nouvelles enzymes aux propriétés modifiées, sans avoir besoin de réaliser des expériences laborieuses.

L’étude, fruit d’une collaboration entre l’Université d’Uppsala et l’Université de Tromsø, est publiée dans la revue Science Advances.