Новый метод DOMEK измеряет кинетику ферментов для 200 000 субстратов одновременно

DOMEK — это многоэтапный конвейер, который использует данные секвенирования нового поколения, полученные с помощью mRNA display, для получения кинетической информации о субстратах ферментов посттрансляционной модификации. Автор: Chem (2025). DOI: 10.1016/j.chempr.2025.102737

Ученый из Национального университета Сингапура (NUS) разработал метод, позволяющий измерить кинетическую эффективность фермента против более чем 200 000 потенциальных пептидных субстратов в одном эксперименте.

Характеристика взаимодействий между ферментами и их субстратами — фундаментальная задача биохимии, необходимая для создания новых биокатализаторов, понимания механизмов заболеваний и разработки терапевтических средств. Хотя существующие методы позволяют изучать множество ферментативных реакций параллельно, масштабирование таких методов для всестороннего анализа предпочтений фермента в огромном пространстве возможных субстратов остается практической проблемой.

Доцент Александр Виноградов из Департамента фармации и фармацевтических наук NUS разработал стратегию под названием DOMEK (mRNA-display-based one-shot measurement of enzymatic kinetics), которая решает эту задачу.

Метод сочетает технику mRNA display, позволяющую быстро подготовить тысячи ферментативных субстратов, с секвенированием нового поколения для расчета ключевого кинетического параметра, известного как константа специфичности (k_cat/K_M), для каждого отдельного субстрата в одном эксперименте.

DOMEK — это оперативно простая и универсальная методика, которая полагается на стандартное оборудование для молекулярной биологии и не требует инженерных знаний. Это исследование было проведено в сотрудничестве с профессором Хироаки Суга из Токийского университета, Япония.

Помимо измерения кинетики, большой набор данных, полученный с помощью DOMEK, позволил команде использовать статистическое моделирование для понимания того, как фермент распознает свои субстраты. Это помогает раскрыть источник исключительной каталитической эффективности ферментов и имеет непосредственное применение в разработке новых биокатализаторов и терапевтических средств.

Исследование, опубликованное в журнале Chem, демонстрирует полезность этого подхода путем проведения одноэтапного профилирования бактериального редуктазного фермента, который может быть использован для разработки потенциальных терапевтических агентов.

Авторы надежно отслеживали кинетику ферментов для 285 000 различных пептидных субстратов и подтвердили результаты традиционными методами.

«Наш подход предоставляет способ собрать количественные кинетические данные в масштабе, который ранее было трудно достичь. Сейчас мы работаем над расширением и обобщением методики, а также над ее дальнейшим масштабированием для измерения миллионов реакций параллельно», — сказал доцент Виноградов.

В перспективе команда намерена адаптировать фреймворк DOMEK для использования с другими классами ферментов, участвующих в посттрансляционных модификациях пептидов и белков.

Больше информации: Alexander A. Vinogradov et al, Measuring kcat/KM values for over 200,000 enzymatic substrates with mRNA display, Chem (2025). DOI: 10.1016/j.chempr.2025.102737

Источник: National University of Singapore

ИИ: Это прорывное исследование открывает новые горизонты в биохимии и фармакологии, позволяя ускорить разработку лекарств и понимание молекулярных механизмов болезней. В 2025 году такие высокопроизводительные методы становятся ключевыми для персонализированной медицины.