Publikationen und Patente

  Publikationen und Patente Biotec

Wir sind eine weltweit führende Gruppe im Bereich Protein Engineering mit Fokus auf Gelenkter Evolution und semirationalem oder rationalem Design. Unsere Forschung beinhaltet die Entwicklung empirischer und computer-basierter Basismethoden, sowie die Anwendung dieser zur Generierung von Enzymvarianten mit maßgeschneiderten Charakteristika. Bioinformatische Methoden dienen darüber hinaus dem Verständnis von Struktur/Funktions-Beziehungen der Zielenzyme. Die Forschungsaktivität der Gruppe spiegelt sich in über 180 begutachteten Artikel und über 20 Patenten wider.

Sie haben ebenfalls die Möglichkeit, die vollständige Publikationsliste über den Bibliotheks-Server einzusehen (Bitte beachten Sie, dass die dort hinterlegten Daten durch die RWTH-Bibliothek generiert werden).

 

Die hohe Grenzflächenaktivität eines Transmembranproteins führt zu Mikrokompartimenten mit Nanometer-dünnen Wänden

Generierung von Mikrokompartimenten Royal Society of Chemistry

Protein-Polymer-Konjugate haben diverse Anwendungsmöglichkeiten in Arbeitsgebieten wie der Biotechnologie, Medizin und Nanotechnologie. Ein Beispiel für solche Konjugate stellt das Transmembranprotein ferric hydroxamate uptake protein component A, FhuA, dar. Eigenschaften, wie z.B. die hohe Grenzflächenaktivität dieser Konjugate, wurden zur Generierung von Pickering-Emulsionen verwendet. Diese Emulsionen wurden durch die Konjugat-Partikel anstelle von Tensidmolekülen stabilisiert. Die Pickerung-Emulsionen wurden erstmals mit einem Transmembranprotein, FhuA, welches in der äußeren Membran von Escherichia coli vorkommt, hergestellt. Stabile Mikrokompartimente dieser Pickering-Emulsionen wurden mit dem neu synthetisierten UV-verknüpfbaren Monomer 3,4-Dimethylmaleic-imidobutyl-acrylat, DMMIBA, quervernetzt. Mittels Raster-Kraftmikroskopie wurden die Mikrokompartimente charakterisiert und eine Membranschichtdicke von 11,1 ± 0,6 nm bestimmt. Sogar nach der Behandlung mit Ethanol wurde die Stabilität der Pickering-Emulsionen durch Fluoreszenzmikroskopie nachgewiesen. Solche Mikrokompartimente haben ein großes Anwendungspotential im Bereich der Drug-Delivery Systeme. Diese Kompartimente führen uns näher an Möglichkeiten heran Membranen aus Protein-Polymer-Konjugaten zu synthetisieren, in welchen die Eigenschaften der Membran gezielt durch Temperatur und pH Stimuli verändert werden können.

Charan H., Glebe U., Anand D., Kinzel J., Zhu L., Bocola M., Mirzaei Garakani T., Schwaneberg U., Böker A. (2017) Nano-thin walled micro-compartments from transmembrane protein-polymer conjugates, Soft Matter 13, 2866-2875. [DOI: 10.1039/C6SM02520J.]

 
 

Wie effizient ist gelenkte Evolution darin eine Lipase in organischen Lösungsmitteln zu stabilisieren? Ein Vergleich zur natürlichen Vielfalt

Gelenkte Evolution einer Lipase in organischen Lösungsmitteln MDPI AG

Trotz deutlicher Fortschritte im Bereich des Protein Engineerings fehlt es uns immer noch an generellen Designregeln, um die Resistenz von Enzymen in der Gegenwart von organischen Lösungsmitteln zu verbessern. In früheren Studien wurde, basierend auf relativ wenigen Aminosäureaustauschen, Schlüsse gezogen, wie ein Enzym für den Einsatz in wasser-mischbaren organischen Lösungsmitteln eingesetzt werden könnte. In der vorliegenden Studie wurde eine Bacillus subtilis Lipase A - BSLA - Bibliothek, welche die gesamte natürliche Vielfalt von einzelnen Aminosäureaustauschen an allen 181 Positionen von BSLA umfasst, mit drei modernen Zufallsmutagenesemethoden verglichen: error-prone PCR - epPCR - mit geringer und hoher Mutagenesefrequenz, sowie die Transversionen bevorzugende Sequence Saturation Mutagenesis - SeSaM-Tv P/P - Methode. Die Bibliotheken wurden nach Aminosäureaustauschen durchsucht, welche die Resistenz des Enzyms gegen die wassermischbaren organischen Lösungsmittel 1,4-Dioxan, 2,2,2-Trifluorethanol und Dimethylsulfoxid steigern. Unsere Analyse zeigte, dass obwohl eine signifikante Menge aller möglichen Austausche zu einer verbesserten Lösungsmittelresistenz beitragen, nur ein geringer Anteil dieser Austausche von den drei Zufallsmutagenesemethoden entdeckt wurden. Somit stellt dies die erste Studie dar, welche die Fähigkeiten dieser in Experimenten der Gelenkten Evolution häufig verwendeten Vielfaltsgenerierungsmethoden quantifiziert und mit der Gesamtvielfalt aller möglichen Einfachsubstitutionen vergleicht. Darüber hinaus deuten unsere Ergebnisse auf die Wichtigkeit von Ladungen auf der Proteinoberfläche für die Resistenz gegen organische Lösungsmittel hin.

Markel, U., Zhu, L., Frauenkron-Machedjou, V. J., Zhao, J., Bocola, M., Davari, M. D., Jaeger, K.-E., Schwaneberg, U. (2017). Are Directed Evolution Approaches Efficient in Exploring Nature’s Potential to Stabilize a Lipase in Organic Cosolvents? Catalysts, 7, 142.

 
 

2-Methyl-2,4-pentanediol fördert als Detergenzersatz die Performance des ß-Fassstruktur-basierten Hybridkatalysatoren für die Phenylacetylen-Polymerisation

MPD als Detergenzersatz für Hybridkatalysatoren ACS Publications

Aufgrund ihres natürlichen Vorkommens in Lipiddoppelschichten haben Transmembranproteine einen hydrophoben Mittelteil. Daher ist die Verwendung von stabilisierenden Agenzien essentiell, um die hydrophoben Regionen abzuschirmen, um gereinigte Transmembranproteine in wässrigem Milieu einsetzen zu können. 2-Methyl-2,4-pentanediol -MPD- ist ein kleines Molekül, welches zur Stabilisierung von ferric hydroxamate uptake protein component A, FhuA, ein Transmembranprotein aus der äußeren Membran von Escherichia coli verwendet wurde. Das fassförmige Protein wurde zum Herbergen eines Rhodiumkatalysators benutzt und Polymerreaktion von Phenylacetylen als Konzeptnachweis erfolgreich durchgeführt. MPD formt im Gegensatz zu herkömmlich verwendeten Detergenzien wie Natriumdodecylsulfat oder Polyethylene-Polyethylenglycol keine Micellen, was zu einer erhöhten Polymerausbeute und Polymermasse führte. Computer-basierende Simulationen unterstützten erfolgreich die Eignung des amphiphilen MPD-Moleküls zur Stabilisierung des Transmembranproteins FhuA und ermöglichten die Funktionalität des Proteinkanals.

Kinzel, J., Sauer, D. F., Bocola, M., Arlt, M., Mirzaei Garakani, T., Thiel, A., Beckerle, K., Polen, T., Okuda, J., Schwaneberg, U.; 2-Methyl-2,4-pentanediol (MPD) boosts as detergent-substitute the performance of ß-barrel hybrid catalyst for phenylacetylene polymerization; Beilstein J. Org. Chem. 2017, 13, 1498-1506 [DOI: 10.3762/bjoc.13.148.]

 
 

Grüne und vielseitige Oberflächenfunktionalisierung von Polypropylen durch Anker-Peptide

Ankerpeptide Bio VI

Polypropylen ist ein weit verbreitetes thermoplastisches Polymer, welches beispielsweise in der Medizintechnik, in Textilien oder Verpackungen eingesetzt wird. Funktionalisierung der Polypropylenoberfläche erhöht die Benetzbarkeit, verstärkt Adhäsion, oder verbessert die Färbbarkeit des Materials. Allerdings ist die Funktionalisierung von Polypropylene aufgrund fehlender funktionaler Oberflächengruppen anspruchsvoll. Die Funktionalisierung mithilfe von Peptiden, die von der Natur an Oberflächeninteraktion angepasst wurden, kann eine attraktive Alternative zu den konventionell genutzten Verfahren sein.

Polypropylene-Anker Peptide wurden identifiziert, charakterisiert und erfolgreich für die Funktionalisierung von Polypropylene Oberflächen genutzt. Das identifizierte Ankerpeptid LCI bindet an Polypropylene bei Raumtemperatur in wässriger Umgebung und zeigte zudem Stabilität gegenüber Waschen mit Detergenzien. Die hier präsentierte Anker-Peptid-Toolbox ermöglicht einfache und grüne Funktionalisierung von auf Polypropylene basierenden Materialien.

Rübsam, K., Stomps, B., Jakob, F., Böker, A., Schwaneberg, U.; Anchor peptides: A green and versatile method for polypropylene functionalization; Polymer, 2017