Sažetak: Funkcija proteina neodvojivo je povezana sa strukturnom dinamikom, no regije petlji – glavni posrednici fleksibilnosti enzima, prepoznavanja supstrata i konformacijskih promjena – i dalje su nedovoljno iskorištene kao ciljevi inženjerstva. LoopCraft premošćuje taj jaz razvojem sustavne metodologije presađivanja petlji kojom se pokretljivi segmenti petlji prenose između nehomolognih enzima radi racionalne optimizacije katalitičke aktivnosti, specifičnosti prema supstratu, topljivosti i termostabilnosti. Projekt se temelji na trima mehanistički različitim modelnim sustavima — esterazi, luciferazi i haloalkan-dehalogenazi — i cilj je pokazati da izmjena petlji između nehomolognih proteina može dati kimerne enzime sa svojstvima nedostižnima konvencionalnom točkastom mutagenezom. Dizajn će voditi integrirani računalni protokol koji objedinjuje pretraživanje petlji temeljeno na strukturi, modeliranje elastičnom mrežom i optimizaciju aminokiselinskog slijeda vođenu strojnim učenjem, pri čemu će svi dizajni biti eksperimentalno validirani kroz heterolognu ekspresiju, kinetičku karakterizaciju i strukturnom analizom. Projekt ima četiri opća cilja: (O1) uspostaviti prenosiv protokol za dizajn presađenih petlji; (O2) inženjerstvom razviti termostabilne i topljive varijante prikladne za industrijske uvjete; (O3) provesti sveobuhvatnu funkcionalnu i strukturnu karakterizaciju dizajniranih enzima; i (O4) procijeniti potencijal primjene u biorecikliranju plastike i razgradnji onečišćujućih tvari (Slika 1). Očekivani rezultati uključuju knjižnicu novih kimernih enzima sa znatno poboljšanim pokazateljima učinkovitosti te validiran i općenito primjenjiv okvir za dizajn primjenjiv na nehomologne enzima. Sa znanstvenog stajališta, LoopCraft će produbiti razumijevanje odnosa između strukture, fleksibilnosti i funkcije te etablirati presađivanje petlji kao uvriježenu strategiju proteinskog inženjerstva. S društvenog stajališta, dobiveni biokatalizatori otvaraju izravne putove prema održivoj biotehnologiji: enzimskoj razgradnji teško razgradivih polimera, remedijaciji postojanih onečišćujućih tvari iz okoliša i razvoju biosenzora nove generacije. Objedinjujući interdisciplinarnu stručnost u strukturnoj biologiji, računalnom dizajnu i enzimologiji, LoopCraft nudi rigorozan pristup visokog učinka proširenju funkcionalnih granica enzimskog inženjerstva.

Slika 1. Pregled implementacije projekta. Četiri zasebna radna paketa bit će integrirana radi razvoja robusnih, visokoučinkovitih enzima prilagođenih specifičnim primjenama primjenom nehomolognog presađivanja petlji. Logika protokola je sljedeća: generiranje presađenih petlji (WP1); stabilizacija okosnice (WP2); optimizacija dinamičkog ponašanja presatka (WP3) i eksperimentalna validacija dizajna (WP4).

Projekt: „Modularna strategija presađivanja petlji za enzimsko inženjerstvo (LoopCraft)”, bilateralni projekt s Češkom Republikom (suvoditelj: Joan Planas-Iglesias, Sveučilište Masaryk, Brno), sufinanciran od Hrvatske zaklade za znanost i Češke zaklade za znanost, 2026.–2029. (ukupni proračun: 578.577,00 eura; hrvatski dio: 199.755,00 eura).

Trajanje projekta: 15. 10. 2026. – 14. 10. 2029.