Gli enzimi sono ampiamente utilizzati nella produzione di farmaci, prodotti chimici speciali, cosmetici e prodotti alimentari. Consentendo reazioni chimiche in condizioni più blande, possono ridurre il consumo energetico e migliorare l’efficienza e le prestazioni ambientali dei processi industriali.
Il progetto ZenBio, guidato dai ricercatori della sezione Bio-analisi e Bioprocessi dell’Istituto Fraunhofer per la terapia cellulare e l’immunologia di Potsdam, mira ad accelerare lo sviluppo di enzimi adattati alle condizioni industriali. La piattaforma combina la sintesi proteica senza cellule, l’automazione di laboratorio e l’intelligenza artificiale per generare e analizzare un gran numero di varianti enzimatiche.
La progettazione di enzimi personalizzati rimane difficile perché i cambiamenti nelle sequenze genetiche possono influenzarne la struttura tridimensionale e la funzione in modi complessi. Anche le informazioni sperimentali su queste relazioni sono limitate. Il team di ZenBio intende colmare questa lacuna producendo numerose varianti e registrando il loro comportamento in condizioni diverse, creando un insieme di dati per la progettazione assistita dall’IA.
Il sistema utilizza le istruzioni genetiche per un enzima insieme a un estratto cellulare contenente i componenti necessari per produrlo. Ciò consente di realizzare le proteine direttamente nell’estratto, anziché all’interno di cellule viventi. Rispetto alla produzione basata sulle cellule, il metodo può ridurre i tempi di attesa e può aiutare i ricercatori a lavorare con varianti difficili da produrre o da ripiegare correttamente nelle cellule.
L’approccio senza cellule favorisce inoltre la miniaturizzazione e un controllo preciso delle condizioni di reazione. Una stazione robotizzata di pipettaggio dovrebbe produrre ed esaminare fino a 1.500 varianti enzimatiche in parallelo. I ricercatori prevedono di stabilire nel giro di poche ore se le varianti sono in grado di tollerare fattori quali la temperatura, le variazioni di pH o i solventi organici.
Le misurazioni ottenute saranno utilizzate dalla piattaforma di IA per identificare i collegamenti tra le sequenze enzimatiche e le loro proprietà, quindi suggerire varianti per i successivi cicli di progettazione. Il processo è concepito per adattare progressivamente gli enzimi ai requisiti industriali, tra cui temperature più elevate, livelli di pH modificati ed esposizione ai solventi.
Il progetto ha completato la prima fase del flusso di lavoro automatizzato. Il team continuerà ora a miniaturizzare e automatizzare la piattaforma e la testerà con una classe enzimatica iniziale.
Fonti: Phys.org.