Eine wettbewerbsfähige Hochdurchsatz-Screening-Plattform zur Identifizierung von polylactid-spezifischen Bindungspeptiden
Lu, Y., Hintzen, K. W., Kurkina, T., Ji, Y., Schwaneberg, U., Advanced Science. https://doi.org/10.1002/advs.202303195.
Ein 96-Well-Mikrotiterplatten basierendes Hochdurchsatz-Screening-System für die spezifische Bindung von Polymilchsäure (PLA) wurde zum Nachweis, zur Sortierung und zum materialspezifischen Abbau von PLA in gemischten Kunststoffen entwickelt.
Polylactid (Polymilchsäure, PLA) ist ein schnell wachsender Biokunststoff mit breiten Anwendungsmöglichkeiten in Lebensmittelverpackungen, Agrarfolien und in Systemen zur Wirkstoffabgabe. Um die Anwendungsanforderungen zu erfüllen, wird PLA oft mit Polypropylen (PP) gemischt, um seine Verarbeitbarkeit, thermische Stabilität und Steifigkeit zu verbessern. Die Entwicklung von Kunststoffrecyclingverfahren wird in Zukunft von entscheidender Bedeutung sein, um PLA von PP in gemischten Kunststoffen voneinander zu trennen. Materialbinde-Peptide (MBPs) haben hervorragende Bindungseigenschaften an eine Vielzahl von Materialien. Optimierte MBPs, die materialspezifisch an Polymere binden können, haben ein hohes Potenzial für die materialspezifische Erkennung und/oder den verstärkten Abbau von PLA in gemischten PLA/PP-Kunststoffen. Um ein materialspezifisches MBP für die PLA-Bindung (sogenannte PLAbodies ) zu erhalten, wird in dieser Arbeit das MBP Cg-Def über Protein-Engineering für eine verbesserte PLA-Bindungsspezifität optimiert und maßgeschneidert. Ein auf 96-Well-Mikrotiterplatten basierendes Hochdurchsatz-Screeningsystem für PLA-spezifische Bindung (PLABS) wurde dazu erstmals im Rahmen dieser Arbeit entwickelt und in einer Protein-Engineering-Kampagne (KnowVolution) validiert. Als Ergebnis wurde eine Cg-Def-Variante V2 (Cg-Def S19K/K10L/N13H) mit einer 2,3-fach verbesserten PLA-Bindungsspezifität im Vergleich zu PP erhalten. Kontaktwinkelmessungen und Oberflächenplasmonresonanz-Spektroskopie bestätigten eine verbesserte materialspezifische Bindung von V2 an PLA (1,30-fach verbesserte PLA-Oberflächenbedeckung). Die etablierte PLABS-Screening-Plattform zur Identifizierung von PLA bodies kann zur Erkennung, Sortierung und zum materialspezifischen Abbau von PLA in gemischten Kunststoffen eingesetzt werden.
Yi Lu wird finanziell durch das Stipendium des China Scholarship Council (CSC) unterstützt. Diese Arbeit wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 870294 (Projekt MIX-UP) unterstützt.
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Lu, Y., Hintzen, K. W., Kurkina, T., Ji, Y., Schwaneberg, U., Advanced Science. https://doi.org/10.1002/advs.202303195.
Verbesserte PLA-spezifische Bindung von Cg-Def durch die KnowVolution-Kampagne, die vier Phasen umfasst. In Phase I wurden potenziell vorteilhafte Positionen durch Screening der cepPCR-Bibliothek von Cg-Def mithilfe eines auf einer 96-Well-Mikrotiterplatte basierenden Hochdurchsatz-Screeningsystems identifiziert. In Phase II wurden dann die vorteilhaften Positionen bestimmt, nachdem die SSM-Bibliotheken der identifizierten Positionen durchmustert wurden. In Phase III wurde die computergestützte Analyse der ermittelten vorteilhaften Positionen und Substitutionen durchgeführt, um kompatible Substitutionen zu finden. Schließlich wurde in Phase IV eine rekombinierte Variante erzeugt und durch kompetitive Bindungstests, Kontaktwinkel und SPR-Messungen die PLA-Bindungsspezifität charakterisiert. PLA: Polylactid bzw. Polymilchsäure; MBP: Materialbindungspeptid; PP: Polypropylen; cepPCR: fehleranfällige Polymerase-Kettenreaktionsmethode; SPR: Oberflächenplasmonresonanz-Spektroskopie; SSM: Positionssättigungsmutagenese.