Enzym-Evolution: Alte DNA enthüllt Anpassung an Kälte

Enzyme, die für das Leben unerlässlich sind, passen sich der Temperatur ihrer Umgebung an. Extremophile, die unter extremen Bedingungen gedeihen, besitzen Enzyme mit einzigartigen Anpassungen. Eine im *Protein Science* (19. Februar 2025) veröffentlichte Studie verwendete die Rekonstruktion von Vorfahrensequenzen (ASR), um die 3-Isopropylmalat-Dehydrogenase (IPMDH) zu untersuchen, ein Enzym, das an der Leucinbiosynthese beteiligt ist. Das Team von Professor Satoshi Akanuma an der Waseda-Universität rekonstruierte 11 Vorfahren-IPMDH-Enzyme, um ihre Entwicklung zurückzuverfolgen. Die Studie ergab einen signifikanten Anstieg der katalytischen Aktivität bei 25 °C zwischen dem fünften und sechsten Vorfahrenenzym. Durch ortsgerichtete Mutagenese wurden wichtige Aminosäuresubstitutionen identifiziert, die weit vom aktiven Zentrum entfernt liegen und die Aktivität bei niedrigeren Temperaturen erhöhen. Molekulardynamiksimulationen zeigten, dass das sechste Vorfahrenenzym (Anc06) eine teilweise geschlossene Konformation einnehmen konnte, wodurch die Aktivierungsenergie reduziert wurde. Dieser Übergang, der vor 2,5 bis 2,1 Milliarden Jahren während des Großen Sauerstoffereignisses stattfand, deutet darauf hin, dass die globale Abkühlung die Anpassung der Enzyme vorangetrieben hat. ASR hilft bei der Identifizierung von Mutationen, die die Enzymeffizienz verbessern, und liefert Einblicke in die evolutionäre Reaktion des Lebens auf Umweltveränderungen. Diese Erkenntnisse haben potenzielle Anwendungen in der Biotechnologie, Pharmazie und Umweltwissenschaft.