محققان پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی با همکاری موسسه بیوشیمی بیوفیزیک دانشگاه تهران موفق به طراحی سه ابزار بیوانفورماتیکی جهت پیشگویی عملکرد آنزیم ها و شناسایی بیش از 30 آنزیم جدید از داده های متاژنوم شدند.

به گزارش روابط عمومی پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی، دکتر شهره آریایی‌نژاد، عضو هیات علمی بخش تحقیقات زیست‌شناسی سامانه‌های پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی که در ادامه سلسله سخنرانیهای هفتگی پژوهشگاه، صبح یکشنبه ۱۲ دی با عنوان «روش‌های شناسایی آنزیم‌های صنعتی از داده‌های متاژنوم» سخن می‌گفت، اظهار داشت:  امروزه استفاده از کاتالیست‌های شیمیایی به دلیل هزینه‌های بالا، شرایط واکنش و نگرانی‌های محیطی بسیار کاهش یافته است. این محدودیت در بسیاری از صنایع با جایگزین کردن آنزیم‌های زیستی برطرف شده است. وی خاطرنشان کرد: استفاده روزافزون از آنزیم‌ها به عنوان بیوکاتالیست در صنایع مختلف، تقاضا برای دستیابی به نمونه‌های متنوع طبیعی را افزایش داده است. رشد استفاده صنعتی از آنزیم‌ها و افزایش دسترسی داده‌های متاژنومی با ظهور و پیشرفت علم متاژنومیکس و فناوری‌های توالی یابی با توان بالا، باعث افزایش تقاضا برای روش‌های موثر شناسایی و تأیید آنزیم‌های جدید از محیط‌های میکروبی مختلف شده است. آریایی نژاد تصریح کرد: مطالعه در حوزه متاژنوم (مجموعه مواد ژنتیکی استخراج شده از میکروبیوم) محدودیت‌های زیادی نسبت به حوزه ژنوم دارد.

از جمله این مشکلات می‌توان به تنوع و تعدد میکروارگانیسم‌ها، قابلیت جداسازی و کشت بسیار پایین آن‌ها و شباهت زیاد ژنوم باکتریایی در سطح جنس و گونه اشاره کرد؛ بنابراین مطالعه در حوزه متاژنوم یکی از چالش‌های پیش روی علم بیوانفورماتیک است. به گفته وی، یکی از اهداف آنالیزهای متاژنوم، شناسایی آنزیم های مؤثر در فعالیت‌های کلیدی زیستی است و انتخاب آنزیم‌های با سطح فعالیت بالا از میان انبوه توالی های اسمبل شده از آنالیز متاژنوم، کار دشوار و پیچیده‌ای است.  عضو هیات علمی پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی خاطرنشان کرد: یکی از دلایل پیچیدگی این کار، آن است که تعیین عملکرد و سطح فعالیت آنزیم از روی توالی نوکلئوتیدی آن، کاری بسیار دشوار و توام با خطای بسیار است. تعداد بسیار زیاد توالی‌های مستخرج از آنالیزهای متاژنوم به شدت بر این پیچیدگی می افزاید. وی تصریح کرد: انتخاب آنزیم‌های موثر به قصد تولید آزمایشگاهی آنها از میان انبوهی از توالی ها، بدون کمک گرفتن از روش‌های محاسباتی و بیوانفورماتیکی غیر ممکن است. نتیجه اجرای الگوریتم‌های بیوانفورماتیکی، پالایش توالی ها و کوچک کردن فضای جستجو به طرز بسیار موثری است. دکتر آریایی نژاد با اشاره به کارایی استفاده از منابع متاژنومی و روشهای غربالگری چند مرحله ای محاسباتی بر روی داده های متاژنوم در این زمینه اظهار داشت: اعمال این روش‌ها همراه با تمرکز بر روشهای مبتنی بر پیشگویی ساختار و عملکرد آنزیم موجب شده تا آنزیم هایی با کارایی بالا و ویژگی های مناسب جهت استفادهی هدفمند در صنعت به کار برده شوند.

وی در ادامه با بیان این که دما و pH بهینه آنزیمها باید به عنوان دو عاملی اساسی در هنگام انتخاب بیوکاتالیست‌های مناسب برای یک منظور خاص در نظر گرفته شود، تصریح کرد: پیش‌بینی این ویژگی با استفاده از روشهای محاسباتی یک گام مهم و مقرون به صرفه - هم از لحاظ زمانی و هم از لحاظ هزینه - جهت شناسایی آنزیمهای جدید است.   عضو هیات علمی پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی خاطرنشان کرد: بخش زیست‌شناسی سامانه‌های پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی از سال 1997 تاکنون با همکاری بخش بیوانفورماتیک مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک دانشگاه تهران موفق به طراحی سه ابزار بیوانفورماتیکی جهت پیشگویی عملکرد آنزیم های جدید تجاری شده است.

این ابزارها TAXyl و MCIC و MeTarEnz هستند که به ترتیب به عنوان پیش‌بینی کننده فعالیت حرارتی آنزیم های زیلاناز، پیش بینی فعالیت حرارتی و pH آنزیم‌های سلولازها و پیش بینی فعالیت حرارتی و pH آنزیم های اکسیدوردوکتاز کاربرد دارند. آریایی نژاد تصریح کرد: با کمک این ابزارهای بیوانفورماتیکی بیش از 30 آنزیم جدید از داده های متاژنوم و خانواده آنزیمی مختلف از محیط های میکروبیوم مختلف شناسایی شده و آزمایش‌های معرفی ساختار و عملکرد این آنزیم ها در مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک گروه بیوفیزیک صورت گرفته است. جهت ذکر نام ایران در پایگاه NCBI همه آنزیم ها با ذکر کلمه Persi - معرف ایران - در آغازشان، نامگذاری شده اند. به گفته وی، تاکنون بیش از ۲۵ مقاله در ژورنال های معتبر جهانی از این آنزیم های جدید مقاوم به شرایط سخت محیطی به چاپ رسیده و کاربرد صنعتی تمام این آنزیم های جدید در مقالات منتشر شده معرفی شده است. دکتر آریایی نژاد در ادامه ضمن معرفی تعدادی از این آنزیم های جدید توضیحاتی را در خصوص مراحل تولید این آنزیم های نوترکیب و کاربرد صنعتی آنها ارائه کرد.