Исследователи из Технологического университета Граца (TU Graz) представили новый метод проектирования ферментов с нуля, описанный в журнале Nature. Технология Riff-Diff (Rotamer Inverted Fragment Finder–Diffusion) позволяет с высокой точностью и эффективностью строить белковую структуру непосредственно вокруг активного центра, а не искать подходящую в существующих базах данных.

«Вместо того чтобы искать в базах данных, какая структура соответствует активному центру, мы теперь можем эффективно и точно проектировать ферменты для химических реакций с нуля в рамках единого процесса», — пояснил руководитель проекта Густав Обердорфер.

Ведущий автор работы Маркус Браун отметил, что создаваемые ферменты являются высокоэффективными биокатализаторами, стабильными даже в промышленных условиях, что значительно сокращает усилия по скринингу и оптимизации.

Метод Riff-Diff сочетает несколько генеративных моделей машинного обучения с атомарным моделированием. Сначала вокруг активного центра размещаются структурные мотивы белков, затем генеративная ИИ-модель RFdiffusion создает полную структуру белковой молекулы, которую затем поэтапно дорабатывают другие модели.

В лаборатории метод подтвердил свою эффективность: из 35 протестированных последовательностей были получены активные ферменты для разных типов реакций. Новые катализаторы оказались значительно быстрее предыдущих компьютерных разработок и показали высокую термическую стабильность, сохраняя функциональную форму при температуре до 90 градусов Цельсия и выше.

«Хотя сама природа производит огромное количество ферментов в ходе эволюции, это требует времени. С нашим подходом мы можем значительно ускорить этот процесс», — добавил ведущий автор Адриан Трипп. Это открытие может способствовать созданию более устойчивых промышленных процессов, разработке целевых ферментных терапий и решению экологических проблем.

Прорыв стал возможен благодаря междисциплинарному сотрудничеству между TU Graz и Университетом Граца.