Многие химические реакции сложно или невозможно провести без катализаторов. К примеру, такая на первый взгляд простая реакция, как образование аммиака из азота и водорода, требует использования катализатора и поддержания огромных давлений и температур в реакторе. Однако некоторые бактерии и археи способны связывать молекулярный азот в мягких условиях клетки благодаря специальному ферменту — нитрогеназе.
Возможность создания искусственных ферментов для конкретных реакций вывела бы современный органический синтез на принципиально новый уровень. Однако проектирование таких сложных белковых структур без использования ИИ попросту невозможно. Критически важным шагом на пути создания ферментов стало предсказание третичной структуры белков по их аминокислотной последовательности. За создание нейросети, способной это делать (AlphaFold), и компьютерный дизайн белков была вручена Нобелевская премия по химии в 2024 году.
Следующий логический шаг — это решение обратной задачи: поиск подходящей аминокислотной последовательности под заданную структуру и функцию. В одном из предыдущих постов мы обсуждали, как учёные решили такую задачу, создав искусственный белковый лиганд для борьбы с возбудителем кроличьей лихорадки.
В работе, опубликованной в 2026 году в Nature Chemical Biology, исследователям удалось спроектировать фермент, катализирующий элиминацию Кемпа (рис. 1). За основу нового фермента была взята распространенная в природе архитектура TIM-барреля. TIM-баррель — это жёсткий, термодинамически стабильный цилиндрический каркас, идеальный для создания реактора. Поверх него генеративный ИИ (RFdiffusion) достраивает структурную петлю-«крышку», которая формирует карман для субстрата (рис. 2). С помощью ProteinMPNN и AlphaFold2 подбирается идеальная аминокислотная последовательность для этой новой крышки, чтобы она стабильно сворачивалась и удерживала субстрат в нужной геометрии.
Хотя это и не пионерская работа в данной области, исследователям удалось пойти дальше: проанализировав кристаллическую структуру белка и учтя естественную гибкость «крышки» с помощью ИИ, они создали вариант KempTIM4b. Он обладает поразительно высокой ферментативной активностью (32 000 М⁻¹·с⁻¹) и высокой селективностью. Эта работа доказывает, что эра «слепого» перебора аминокислот прошла.
Ссылка на статью https://www.nature.com/articles/s41589-026-02250-w
Автор: Степан Попович
Источник: Химическое информационное агентство