Ultrahochdurchsatz-Screening für die gelenkte Evolution von Enzymen

08.01.2020
  Ulrich Markel Urheberrecht: © BioVI Ulrich Markel

Ulrich Markel, Khalil D. Essani, Volkan Besirlioglu, Johannes Schiffels, Wolfgang R. Streit and Ulrich Schwaneberg*, Chem. Soc. Rev., 2020, 49, 233-262. DOI:10.1039/C8CS00981C

In diesem Review fassen wir aktuelle und vielversprechende Ultrahochdurchsatz-Methoden zum Screening großer Bibliotheken in der gelenkten Evolution von Enzymen zusammen.

 
  Ultrahochdurchsatz-Screening für die gelenkte Evolution von Enzymen Urheberrecht: © Chemical Society Reviews Aktuelle Ultrahochdurchsatz-Screening Methoden nutzen Zellen und biomimetische Kompartimente für die gelenkte Evolution von Enzymen und sind vielversprechend für die funktionelle Metagenomik.

Enzyme müssen oft optimiert werden, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen. (Semi-)rationales Design erfordert detaillierte Kenntnisse über Struktur-Funktions-Beziehungen. Im Gegenzug können gelenkte Evolutionsmethoden die Eigenschaften eines Enzyms ohne strukturelles Wissen durch iterative Runden aus Vielfaltserzeugung und Screening verbessern. Aktuelle Vielfaltserzeugungsmethoden ermöglichen es uns, große Bibliotheken zu generieren, aber konventionelles Screening auf Agarplatten oder in Mikrotiterplatten kann die gesamte generierte Diversität nicht in angemessener Zeit testen. Ultrahochdurchsatz-Screening-Methoden erhöhen drastisch die Anzahl der Enzymvarianten, die wir durchmustern können, beschleunigt so das Design von Biokatalysatorenen und erweitern letztendlich unser Wissen über Sequenz-Funktions-Beziehungen. In diesem Artikel fassen wir die jüngsten Fortschritte beim Ultrahochdurchsatz-Screening für die gerichtete Evolution von Enzymen zusammen. Wir diskutieren die Bedeutung von Kompartimenten für die Verknüpfung von Genotyp und Phänotyp und veranschaulichen, wie Zellen und biomimetische Kompartimente diese Funktion erfüllen können. Abschließend diskutieren wir, wie neue Ansätze der funktionellen Metagenomik vom Ultrahochdurchsatz-Screening profitieren können, um natürliche Biokatalysatoren für neuartige chemische Transformationen finden zu können.