Ein Forschungsteam der University of California, Santa Barbara, der University of California, San Francisco und der University of Pittsburgh veröffentlichte seine neuesten Erkenntnisse in der Fachzeitschrift *Science* und entwickelte einen neuartigen Workflow für das De-novo-Enzymdesign. Diese Methode ermöglicht durch KI-gestütztes Proteindesign die Konstruktion maßgeschneiderter Enzyme mit spezifischen Funktionen und bietet so umweltfreundlichere und effizientere katalytische Lösungen für die Pharma- und Materialwissenschaft.

Das Forschungsteam nutzte Helical-Bundle-Proteine als Gerüst und kombinierte diese mit KI-Algorithmen, um Aminosäuresequenzen zu entwerfen. So gelang die Entwicklung eines Enzyms, das die Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Silizium-Bindungen katalysieren kann. Yang Yang, Chemieprofessor an der University of California, Santa Barbara, erklärte: „Durch die Zusammenarbeit mit dem Team von DeGrado und dem Team von Liu haben wir einen Arbeitsablauf etabliert, um einfache Mikroproteine in hocheffiziente und selektive Enzyme umzuwandeln.“ Dieses Design überwindet die Einschränkungen natürlicher Enzyme hinsichtlich Reaktionsbedingungen und Substratspektrum und erhält gleichzeitig eine exzellente katalytische Effizienz aufrecht.

Im Optimierungsprozess stellten die Forscher fest, dass das ursprünglich entwickelte Enzym eine unzureichende Aktivität aufwies. Mithilfe von Röntgenkristallographie und Ringsuchalgorithmen erhielten sie schließlich vier Enzymvarianten mit hoher Aktivität und Stereoselektivität. Yang Yang betonte: „Obwohl KI-gestützte Designmethoden sehr nützlich sind, erfordert die Entwicklung hochwertiger Katalysatoren weiterhin eine Kombination aus Algorithmen und chemischer Intuition.“ Dieses maßgeschneiderte Enzym kann in wässriger Umgebung mit einer Vielzahl von Hilfsstoffen, darunter auch in der Natur nicht vorkommenden, arbeiten und eröffnet damit neue Möglichkeiten für die Grüne Chemie.

Diese Technologie birgt vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in der Arzneimittelsynthese, der Materialherstellung und anderen Bereichen und ermöglicht chemische Reaktionen, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu realisieren sind. Das Forschungsteam plant, einfachere und effizientere Enzymvarianten weiterzuentwickeln, um bisher unbekannte katalytische Mechanismen in der Natur zu erforschen.

Weitere Informationen: Hou Kaipeng et al., „De novo design of porphyrin-containing proteins as highly efficient stereoselective catalysts“, *Science* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Science*