Kỹ thuật tái tổ hợp ADN cho phép chuyển một gen điều khiển sinh tổng hợp một enzym có ích nào đó từ cơ thể này sang cơ thể khác. Cơ thể nhận gen ngoại lai gọi là vật chủ.Mục đích của quá trình chuyển gen này là để tạo ra một vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzym có ích mà việc nuôi vi sinh vật này trong điều kiện đơn giản hơn, quá trình chiết xuất và tinh chế enzym dễ dàng hơn. Như vậy sẽ có hiệu quả kinh tế cao hơn.
Bằng kỹ thuật chuyển gen, hãng Novo Nordisk đã thực hiện chuyển đoạn ADN gen từ nấm mốc Humicola languinosa sang cho Aspergillus oryzae tạo ra được enzym lipolase sản xuất thích hợp trên quy mô công nghiệp được dùng trong nghiên cứu enzym, công nghiệp tẩy rửa đạt hiệu quả kinh tế cao. Lipolase có thể bền vững ở nhiệt độ và pH khác nhau. Sự biến đổi của các enzym nhằm cải thiện đặc điểm xúc tác của chúng chỉ mới thực hiện trong vài thập kỷ vừa qua. Trước đây, công việc đó xảy ra một cách ngẫu nhiên, còn hiện nay mọi sự thay đổi đều có thể thiết kế mô hình và thực hiện nó một cách chủ động và có hiệu quả.
Bảng mục tiêu chính để nghiên cứu enzym:
| – Nâng cao hoạt tính của enzym
– Tăng độ ổn định của enzym – Cho phép enzym hoạt động ở môi trường thay đổi – Thay đổi pH hoặc nhiệt độ tối ưu – Thay đổi hẳn đặc tính của enzym như chúng có thể xúc tác cho sự biến đổi một cơ chất hoàn toàn khác – Thay đổi phản ứng xúc tác – Nâng cao hiệu quả của quá trình |
Kỹ thuật protein còn được gọi là “phẫu thuật phân tử” đã được sử dụng để thực hiện biến đổi các phân tử enzym. Kỹ thuật protein của enzym có liên quan đến mô hình không gian ba chiều của một enzym tinh khiết khi tiến hành nhiễu xạ phân tử bằng tia X. Sự thay đổi cấu trúc của enzym cũng có thể là kết quả làm tăng tính ổn định của enzym. Ví dụ, pH và nhiệt độ, yêu cầu biến đổi phân tử enzym được thực hiện bằng chính sự thay đổi mã di truyền của vi sinh vật tạo ra enzym. Có hai con đường chính để nghiên cứu thục hiện mục tiêu đó. Thứ nhất là đột biến gen để vi sinh vật tạo ra enzym có cấu trúc mà thành phần và trình tự các amino acid thay đổi. Phương pháp thứ hai có liên quan đến chiết xuất enzym tự nhiên và làm biến đổi cấu trúc phân tử của chính enzym đó bằng hóa học – đôi khi còn gọi là đột biến hóa học. Một ví dụ để minh họa cho điều đó là: đã làm biến đổi cấu trúc của enzym phospholipase A2 bền vững hơn trong môi trường acid và enzym này được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến sữa. Rõ ràng là kỹ thuật gen và kỹ thuật protein đã đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu enzym dùng trong công nghiệp. Kỹ thuật gen góp phần làm giảm giá thành sản phẩm, tạo ra các enzym mới từ vi sinh vật, các chương trình nghiên cứu sẽ phát triển nhanh hơn…
