CompassR-gesteuerte Rekombination erschließt Designprinzipien zur Stabilisierung einer Lipase in ILs mit minimalem experimentellem Aufwand

24.09.2021
  Haiyang Cui © Bio VI Haiyang Cui

Cui, H., Pramanik S., Jaeger, K. E., Davari, M. D., Schwaneberg, U., Green Chemistry, doi.org/10.1039/D1GC00763G

Die CompassR-Analyse und die rechnerunterstützte Auswahl ermöglichten es, mit minimalem experimentellem Aufwand die BLSA-Resistenz gegenüber vier ionischen Flüssigkeiten deutlich zu verbessern.

Die Biokatalyse in ionischen Flüssigkeiten hat bei der Herstellung von Biodiesel, Zuckerestern und Arzneimitteln enorm an Bedeutung gewonnen. Die Wechselwirkung zwischen hydrophilen ionischen Flüssigkeiten und Enzymen führt jedoch häufig zu einer verminderten Aktivität oder sogar zur Inaktivierung. In diesem Bericht zeigen wir, dass die intrinsische Lipasestabilität und die Erhaltung der Hydratationshülle von Bacillus subtilis Lipase A (BSLA) zwei synergistische Designprinzipien sind, um die enzymatische Aktivität in ILs zu erhalten. Nach einem in silico-Screening von neun vorteilhaften Aminosäurepositionen mit Hilfe der CompassR-Regel (insgesamt 172 Varianten) haben wir zwei Varianten durch gezielte Mutagenese und drei Bibliotheken durch gezielte Sättigungsmutagenese rational entworfen. Mit minimalem experimentellem Aufwand identifizierten wir drei Allround-Varianten für vier ionische Flüssigkeiten auf 1-Butyl-3-methylimidazolium (BMIM)-Basis. Computergestützte Analysen der Molekulardynamik und thermodynamische Stabilitätsanalysen der Varianten ergaben, dass die molekulare Grundlage für die resistenten Varianten durch eine synergistische Verbesserung der Proteinstabilität und erhöhte Hydratationsschalen um die Substitutionen in den vier ionischen Flüssigkeiten bedingt wird. Diese Konstruktionsprinzipien und das gewonnene molekulare Wissen, eröffnen Experimentatoren nicht nur die Möglichkeit vielversprechende, gegen ionische Flüssigkeiten resistente Enzyme rational zu konstruieren, sondern liefern auch neue Erkenntnisse über die enzymatische Katalyse in ionischen Flüssigkeiten.

Haiyang Cui wird durch das China Scholarship Council (CSC) Stipendium finanziell unterstützt. Diese Arbeit wurde in der Abteilung Computational Biology realisiert und wurde durch Rechenressourcen unterstützt, die von JARA-HPC der RWTH Aachen University (JARA0169 und JARA0187) bereitgestellt wurden.

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Cui, H., Pramanik S., Jaeger, K. E., Davari, M. D., Schwaneberg, U., Green Chemistry, doi.org/10.1039/D1GC00763G

  Funktionsweise von CompassR © Royal Society of Chemistry CompassR-gesteuerte Rekombination