Целевой поиск ферментов с помощью майнинга по координации металлов

Недавняя революция в секвенировании геномов и предсказании структур белков открыла новые горизонты в понимании, предсказании и проектировании функций ферментов. В центре этих усилий находится обнаружение и функциональная аннотация новых ферментов, что необходимо для выяснения связи между генотипом и фенотипом и для разработки биокатализаторов для промышленных применений. Тем не менее точное предсказание ферментативной функции по-прежнему представляет собой серьёзную задачу, и обнаружение новых ферментов часто опирается на случайность. Здесь мы представляем стратегию, управляемую координацией металлов, которая использует механистические принципы на атомарном уровне для поиска в базах структур белков с целью целевого обнаружения металлоферментов. Мы применяем эту рамку к базе структур белков AlphaFold2 для идентификации новых членов семейства FeII/α-кетоглутарат-зависимых галогеназ, которые селективно функционализируют неактивированные C(sp3)-H связи — ключевое превращение при производстве фармацевтических и других ценных соединений. Эти радикальные галогеназы составляют мало представленный класс в рамках большой и разнообразной супермножества купинов. Вследствие низкой консервативности последовательностей их особенно трудно обнаруживать на фоне связанных членов семейства, таких как гидроксилазы, десатуразы и эпимеразы. Наша методология майнинга по координации металлов выявляет несколько ранее не распознанных семейств радикальных галогеназ, охватывающих разнообразное филогенетическое пространство при минимальных вычислительных затратах. Наши предсказания подтверждены экспериментальной характеристикой двух новых радикальных галогеназ, AspX и BtnX. Примечательно, что BtnX демонстрирует субстратную промискуитетность, не имеющую прецедентов для радикальных галогеназ, что открывает путь для широкого спектра биокаталитических применений. Методология майнинга баз структур белков на основе отличительных внутреннних структур металл-связывающих активных центров ферментов позволяет обнаруживать новые семейства радикальных галогеназ.