Ultra-Hochdurchsatzsystem zur gelenkten Evolution von Polymer-Bindepeptiden

16.05.2019
 

Herzlichen Glückwunsch an Lina Apitius zu ihrer neuen Publikation!

  Gelenkte Evolution von Ädhäsionspeptiden beschleunigt durch Zelloberflächenpräsentation Urheberrecht: © Biotechnol. Bioeng. Gelenkte Evolution von Ädhäsionspeptiden beschleunigt durch Zelloberflächenpräsentation

Die Reduktion und die Vermeidung von Plastikmüll in der Umwelt werden eine der größten Herausforderungen des Anthropozäns darstellen. Eine Möglichkeit des Plastikabbaus in der Umgebung ist der Einsatz von Polymer-degradierenden Enzymen. Mikroorganismen, die solche Enzyme sekretieren können, müssen dazu in örtliche Nähe zu den Plastikpartikeln gebracht werden. Dazu benötigen sie Adhäsionspromotoren auf der Zelloberfläche. Ankerpeptide stellen geeignete Adhäsionspromotoren dar und ermöglichen eine gezielte Immobilisierung von ganzen Zellen auf Polymerpartikeln. Ein Esterase A-basiertes System zur Oberflächenpräsentation von Peptiden auf Escherichia coli Zellen wurde entwickelt, das die gelenkte Evolution dieser Peptide erlaubte. Das Ultra-Hochdurchsatzsystem ermöglichte die Anreicherung von verbesserten LCI-Varianten aus der Kulturbrühe durch eine Immobilisierung ganzer Zellen auf Polypropylenkugeln. Das Polypropylen-bindende Peptid LCI wurde simultan an fünf ausgewählten Positionen saturiert, wodurch theoretisch 3.2 Millionen unterschiedliche Peptid-Varianten entstanden. Mit Hilfe des Ultra-Hochdurchsatzsystem konnten etwa 10 Millionen LCI Varianten auf eine verbesserte Bindungsstärke an Polypropylen in Anwesenheit von Natriumdodecylbenzolsulfonat durchmustert werden. Identifizierte verbesserte LCI Varianten zeigten eine bis zu zwölffach verstärkte Bindung an Polypropylen in Anwesenheit von 0,125 mM Natriumdodecylbenzolsulfonat. Das System zur Oberflächenpräsentation von Peptiden stellt das erste Ganzzell-basierte Ultra-Hochdurchsatzsystem dar um Ankerpeptide zu evolvieren. Verbesserte Adhäsionspeptide können für eine gerichtete Immobilisierung von Mikroorganismen an spezifische Polymere oder im zielgerichteten Plastikabbau eingesetzt werden.

Diese Arbeit wurde in der Arbeitsgruppe Biohybrid Systeme durchgeführt und wurde durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (IGF-Vorhaben 18180 N) und FuPol (Funktionalisierung von Polymeren), Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF - FKZ: 031A227F) finanziert.

Apitius, Rübsam, Jakesch, Jakob und Schwaneberg. (2019). Ultrahigh-throughput screening system for directed polymer binding peptide evolution. Biotechnol Bioeng, 0(0). DOI:10.1002/bit.26990