Chemogenetische Evolution einer artifiziellen Peroxidase

29.04.2021
  Uli Markel,_Daniel Sauer,_Malte Wittwer Urheberrecht: © BIO VI

Ulrich Markel, Daniel F. Sauer, Malte Wittwer, Johannes Schiffels, Haiyang Cui, Mehdi D. Davari, Konstantin W. Kröckert, Sonja Herres-Pawlis, Jun Okuda, Ulrich Schwaneberg, ACS Catalysis, 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c00134.

Chemogenetische Evolution führte zu einem artifiziellen Metalloenzym mit Peroxidase-Eigenschaften.

Künstliche Metalloenzyme bestehen aus einem synthetischen Cofaktor, der in ein Proteingerüst eingebettet ist, und bieten somit eine unvoreingenommene Vorlage für gelenkte Evolutionsstudien. Hier präsentieren wir das Design und die gelenkte Evolution eines artifiziellen Metalloenzyms mit Peroxidase-ähnlichen Eigenschaften. Ausgehend von der Nitrobindin-Variante NB4 wurden in der ersten Runde unserer chemogenetischen Evolutionskampagne verschiedene Porphyrin-Derivate gescreent. Nachdem MnPPIX als der am besten geeignete Kofaktor identifiziert wurde, wurde die Aktivität des Enzyms durch zwei weitere Runden gelenkter Evolution auf ein Niveau erhöht, das mit dem einiger natürlicher Peroxidasen vergleichbar ist. Die Einführung eines Arginin-Restes in einer Position distal zum Cofaktor war für die gesteigerte Aktivität hauptverantwortlich. Darüber hinaus führte die NB4-Umgebung zu einem flexibleren distalen Arginin im Vergleich zu der entsprechenden Wildtyp-abgeleiteten Variante. Das entwickelte künstliche Enzym oxidierte effizient gängige Redox-Mediatoren (ABTS, Syringaldehyd und 2,6-Dimethoxyphenol) und entfärbte drei hartnäckige Farbstoffe (Indigokarmin, Reactive Blue 19 und Reactive Black 5). Schließlich wurde das Recycling des künstlichen Enzyms demonstriert.

Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)(FKZ 031B0297).

Zugang zu der Publikation finden Sie unter Publikationen und Patente und

Ulrich Markel, Daniel F. Sauer, Malte Wittwer, Johannes Schiffels, Haiyang Cui, Mehdi D. Davari, Konstantin W. Kröckert, Sonja Herres-Pawlis, Jun Okuda, Ulrich Schwaneberg, ACS Catalysis, 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c00134.

  Schema: Chemogenetische Evolution einer artifiziellen Peroxidase. Urheberrecht: © ACS Catalysis Schema: Chemogenetische Evolution einer artifiziellen Peroxidase.