_ Supercalcularea secretelor din interiorul antibioticelor pentru bovine

Chimiștii au determinat pentru prima dată structura cristalină a unei componente cheie a enzimei monensin și au deblocat mecanismul activității sale de reacție.

„Descoperirea principală a fost primul cristal. structura pentru această familie de enzime”, a spus Chu-Young Kim, profesor de biochimie la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign (UIUC), care a condus partea experimentală a studiului. El și colegii săi au rezolvat structura cristalină pentru MonCI, o enzimă cheie în bacteriile din sol care sintetizează în mod natural monensina.

Lela Vukovic, profesor asociat la Universitatea din Texas, la El Paso (UTEP), a efectuat calculul. studii privind cercetarea monensin, publicate în Nature Communications.

Inițiativa University of Texas Research Cyberinfrastructure (UTRC) a acordat alocații de supercomputer Vukovic pe sistemul Lonestar6 la Centrul de calcul avansat din Texas (TACC) pentru a face față acestor provocări. UTRC oferă capabilități de calcul avansate cercetătorilor din toate cele 14 instituții ale sistemului UT.

Lonestar6 de la TACC a ajutat la dezvăluirea secvenței de reacție care produce monensin. Această cercetare deschide ușa pentru proiectarea viitoare a antibioticelor mai sigure și mai eficiente.

„Am descoperit că MonCI este folosit pentru a efectua trei reacții cruciale de epoxidare”, a spus Kim. „Acest lucru este foarte neobișnuit și are implicații asupra modului în care putem proiecta bacteria pentru a produce noi antibiotice.”

Kim, care a părăsit recent UTEP pentru a se alătura UIUC, a consultat laboratorul lui Vukovic cu rezultatele structurii și plin de întrebări noi. . Ceea ce a găsit a fost o reacție secvenţială interesantă în interiorul enzimei. Cu toate acestea, a fost încă imposibil din punct de vedere experimental să se obțină structura cristalină a enzimei cu substratul în interior în modul său activ.

Aceasta a fost momentul în care Kim și Vukovic au decis să modeleze enzima și substarea în simulări când substratul este stabil. . Dacă un substrat este stabil într-o anumită poziție, atunci poate apărea o reacție pentru acea poziție.

Vukovic și studenții ei Tara Nitka și Anju Yadav au dezvoltat modele complete ale sistemului de aproximativ 78.000 de atomi bazate pe structurile cristaline. determinate de experimentaliştii studiului.

„Provocările de calcul au apărut din examinarea mai multor sisteme pentru a determina poziția în care premonensina A și versiunile sale epoxidate sunt cele mai stabile și cel mai probabil să sufere prima, a doua și a treia reacție de epoxidare. ”, a spus Vukovic.

„Supercalculatoarele au fost foarte utile în caracterizarea acestor molecule biologice care produc în mod natural antibiotice”, a adăugat Vukovic. „Nu am fi capabili să realizăm studiile computaționale fără ele. Studiile computaționale ne ajută să descoperim și să înțelegem aceste reacții secvențiale complexe importante pentru societate.”

Vukovic și-a efectuat cercetările postdoctorale la UIUC sub defunctul Klaus Schulten, a cărui moștenire trăiește în software-ul NAMD dezvoltat de grupul său și a fost folosit în acest studiu și în nenumărate altele.

„UIUC depune multă muncă pentru a optimiza NAMD să ruleze pe supercalculatoarele naționale, cum ar fi Lonertar6 și Stampede2 la TACC”, a spus ea. „NAMD ne-a permis să mărim această enzimă și să vedem ce reacții au loc prima, a doua și a treia pentru a genera monensin.”

„Biosinteza monensinului necesită cel puțin 14 enzime diferite, dintre care una este MonCI”, Kim. adăugat. „Trebuie să investigăm, de asemenea, toate celelalte enzime. În viitor, ne așteptăm să generăm versiuni îmbunătățite de monensin pentru a avea grijă mai bine de bovine și păsări de curte. În plus, monensinul este toxic pentru cai și câini, astfel încât aceste animale de fermă sunt uneori otrăvite accidental. și ucis. Prin urmare, este nevoie de un monensin netoxic."

Autorii sunt Qian Wang, Tara A. Nitka, Anju Yadav și Lela Vukovic de la Universitatea Texas din El Paso; Ning Liu, Hongli Xiao, Hui Yang și Xi Chen de la Universitatea Northwest, China; Irimpan I. Mathews de la SLAC National Accelerator Laboratory; și Chu-Young Kim de la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign.

(Fluierul)