Белки состоят из цепочек аминокислот, соединённых пептидными связями. Сами по себе такие связи отличаются высокой устойчивостью: их период полураспада оценивается в несколько сотен лет. Однако в окружающей среде белки обычно разрушаются гораздо быстрее, поскольку живые организмы выработали ферменты, ускоряющие расщепление пептидных связей.
Исследователи с помощью инструментов искусственного интеллекта изменили этот природный процесс. Они взяли каталитические центры двух разновидностей протеаз — ферментов, расщепляющих белки, — и заменили остальные части исходных молекул. Полученные ферменты удалось настроить на разрезание определённых белков пополам.
Работоспособность разработок учёные проверили на белках, связанных с неврологическими заболеваниями. Такой подход позволяет создавать специализированные протеазы без длительного ожидания естественной эволюции и постепенного отбора нужных свойств. Результаты исследования приводит Ars Technica.
Пептидная связь возникает, когда аминогруппа одной аминокислоты соединяется с кислотной группой другой, а в ходе реакции выделяется молекула воды. Поскольку у аминокислот есть обе необходимые химические группы, они могут связываться с соседними молекулами и формировать длинные белковые цепи. Боковые цепи аминокислот придают этим цепям различные свойства.
Расщепление пептидной связи представляет собой обратный процесс: связь разрывается, а части молекулы воды присоединяются к образовавшимся фрагментам. Без участия фермента такая реакция происходит крайне редко, поскольку оба её компонента химически стабильны.
В природе существует несколько ферментативных механизмов, ускоряющих этот процесс. Один из использованных исследователями вариантов основан на цинковой протеазе: положительно заряженный атом цинка взаимодействует с разрываемой связью, участками фермента и молекулой воды. Затем протеаза частично отнимает у воды протон, активируя её для атаки на пептидную связь и последующего разрушения белка.