KnowVolution einer pilzlichen Laccase hinsichtlich alkalinem pH

02.04.2019
  3D Modell der Laccase-Variante Mal-M1 Urheberrecht: © ChemBioChem KnowVolution einer pilzlichen Laccase hinsichtlich alkalinem pH: 3D Modell der Variante Mal-M1 (L365E/L513M)

Herzlichen Glückwunsch an Catalina Novoa für ihre neue Publikation!

Aufgrund ihrer katalytischen Vielseitigkeit und ihres umweltfreundlichen Mechanismus sowie ihrer Fähigkeit, freie Radikale bei der Oxidation von phenolischen und nicht-phenolischen Verbindungen zu produzieren, sind Laccasen vielversprechende Werkzeuge für eine Vielzahl von biotechnologischen oxidativen Prozessen. Heutzutage werden kommerzielle Laccasen unter milden pH-Bedingungen eingesetzt. Dennoch sind einige mögliche Anwendungen auf den pH-Wert beschränkt. Durch die Erhöhung der Alkalitoleranz von Laccasen könnten ihre Anwendungsmöglichkeiten erweitert werden, z.B. in der organischen Synthese, der biologischen Sanierung und dem biologischem Bleichen von Zellstoffen. In dieser Arbeit wird von einer Pilzlaccase aus Melanocarpus albomyces (MaL) mit erhöhter alkalischer Verträglichkeit (pH-Wert ≥9.0) berichtet. Durch eine Knowledge-gaining directed evolution (KnowVolution) Kampagne wurden zwei vorteilhafte Substitutionen identifiziert, die in der Variante MaL-M1 kombiniert wurden: L365 wurde zu einer negativ geladenen Aminosäure (E) ausgetauscht und L513 zu einer hydrophoben Aminosäure (M), beide in unmittelbarer Nähe zu der T1Cu-Stelle. Die Charakterisierung der verbesserten Variante ergab einen 3-fach erhöhten kcat bei pH 9,8 im Vergleich zum Wildtyp (kcat: MaL-M1: 6,0 ± 0,2 s-1; MaL-WT: 2,11 ± 0,07 s-1). Molekulardynamische Simulationen zeigten, dass beide Substitutionen synergistisch zusammenwirken, um die Toleranz der Laccase bei höherem pH-Wert zu stabilisieren und zu verbessern.

Diese Studie wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Allianz FuPol (Functionalization of Polymers, FKZ: 031A227F) und von JARA-HPC der RWTH Aachen im Rahmen des Projekts RWTH0116 finanziert.

Novoa, C., Dhoke, G. V., Mate, D. M., Martínez, R., Haarmann, T., Schreiter, M., Eidner, J., Schwerdtfeger, R., Lorenz, P., Davari, M. D., Jakob, F. und Schwaneberg, U. ChemBioChem, 2019. DOI:10.1002/cbic.201800807