Описание:Белковая инженерия — активно развивающееся междисциплинарное направление в науке, расположенное на стыке биотехнологии, биоинформатики (вычислительных методов в биологии), биохимии, генной инженерии и др. Белки/ферменты, которые встречаются в природе, оптимизированы эволюцией для выполнения своих функцией в физиологических условиях живого организма. Многие природные биополимеры могут быть полезны и вне клетки, например, как эффективные катализаторы для экологически более чистого и безопасного (по сравнению с химическим синтезом) производства антибиотиков в промышленных условиях. Однако возможности белков «дикого типа» очень ограничены с точки зрения их эффективного использования на практике в производстве – они характеризуются низкой стабильностью, недостаточно высокой активностью, узкой субстратной специфичностью и т.д. Целью белковой инженерии является разработка/улучшение полезных/ценных белков, например, за счет внесения точечных мутаций в их структуру. Такие препараты, практически ценные функции которых существенно улучшены по сравнению с белками «дикого типа», активно применяются во многих биокаталитических и биомедицинских промышленных процессах. Однако многие проблемы остаются нерешенными, а новые задачи, диктуемые временем, становятся все более сложными. Исторически важную роль в этой области играли стохастические методы (например, т.н. «направленная эволюция», за разработку которой в 2018 году была присуждена Нобелевская премия по химии) и методы эмпирического (экспертного) рационального дизайна. Спустя десятилетия после начала применения этих подходов на практике не осталось сомнений в их невысокой эффективности. Отказ от неэффективных стохастических и эмпирических подходов и стремление к большему пониманию механизмов действия белков/ферментов как необходимому условию развития методов белковой инженерии стало ключевой тенденцией в последние 10 лет. Активно развиваются систематические подходы к решению задач белковой инженерии, основанные на анализе всей доступной информации о последовательностях и 3D-структурах белков в рамках функционально разнообразных суперсемейств, методах молекулярного моделирования и теоретической химии, что стало возможным благодаря развитию компьютерных технологий и накоплению информации о белках в публичных базах данных. Таким образом, несмотря на выраженный прикладной (практический) аспект белковой инженерии, ее фундаментальная значимость не вызывает сомнений. Цели и задачи белковой инженерии являются площадкой для эффективного взаимодействия фундаментальной и коммерческой науки, стимулом для все более активного изучения структурно-функциональных взаимосвязей в белках, а предлагаемые решения – систематически отобранные конкретные изменения (мутации) в структурах белков, направленные на улучшение полезных свойств – являются важнейшим способом проверки нашего понимания механизмов действия природных биополимеров.