Science
24.06.2014

"Enzym-Google" sucht neue Enzymfunktionen

Das Grazer Forschungszentrum ACIB hat eine Kombination aus Datenbank und Suchmaschine entwickelt, die unzählige Experimente erspart.

Eine Internet-Suchmaschine, die aus einer Unmenge von Proteindaten neue Enzymfunktionen herausfiltern kann, haben Forscher des Grazer Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB) und der Universität Graz entwickelt. Das sogenannte Catalophor-System wurde bereits zum Patent angemeldet und in der jüngsten Ausgabe von "Nature Communications" veröffentlicht, wie das ACIB am Montag mitteilte.

Enzyme sind Biokatalysatoren, die weitaus effizienter arbeiten als alle bisher vom Menschen erdachten synthetischen Katalysatoren. Enzymatische Prozesse gewinnen daher in der modernen Chemie zunehmend an Bedeutung, da die Reaktionen unter relativ milden Bedingungen durchgeführt werden können. Produzenten, die eine chemische Reaktion umweltfreundlicher machen wollen, können nun auf ein Werkzeug zurückgreifen, das bei der bisher mit unzähligen Experimenten und Screening verbundenen Suche nach neuen Enzymfunktionen laut ACIB neue Maßstäbe setzt.

100.000 Datenbankeinträge

Das in Graz entwickelte Catalophor-System sei eine "Kombination aus Datenbank und Suchmaschine", das gesuchte Enzymfunktionen aus Zehntausenden Strukturdaten herausfiltern und selbst Fähigkeiten aufspüren könne, die noch gar nicht entdeckt wurden, hieß es. Die Vorgehensweise gleiche einer alltäglichen Google-Suche: Zu Beginn steht die Frage nach einer gesuchten Enzymfunktion.

"Wir konzentrieren uns auf das aktive Zentrum dieses Enzyms und schreiben ein Programm, in dem Positionen und Abstände von den wichtigsten Aminosäuren ebenso vorgegeben werden wie wichtige Strukturmerkmale in der Umgebung des aktiven Zentrums", erklärte dazu ACIB-Forscher Christian Gruber. Auf Basis dieses Skripts durchforstet das System rund 100.000 Datenbankeinträge nach Ähnlichkeiten und wirft eine Liste möglicher Kandidaten aus, welche die Forschern auf Basis ihrer Expertise verifizieren. Die besten Kandidaten werden im Labor experimentell geprüft.

Computer-Cluster mit 400 Kernen

Für die Berechnungen haben die Forscher einen Computer-Cluster mit mehr als 400 Prozessorkernen aufgebaut. Dieser enthält auch die Datenbank. "Pro Woche kommen rund 150 neue Strukturen hinzu", so Georg Steinkellner vom ACIB. Das System erweitert sich selbstständig und durchsucht öffentlich zugängliche Datenbanken nach neuen Enzymstrukturen. Parallel wird das gesamte System weiterentwickelt, um noch komplexere Suchanfragen beantworten zu können. Das Verfahren wurde bereits zum Patent angemeldet und eben in Nature Communications publiziert.