Wie effizient ist gelenkte Evolution darin eine Lipase in organischen Lösungsmitteln zu stabilisieren? Ein Vergleich zur natürlichen Vielfalt.

31.07.2017
  Markel and Zhu et al. 2017 MDPI AG Vergleich: Gelenkte Evolution vs. natürliche Vielfalt

Herzlichen Glückwunsch an Ulrich Markel und Leilei Zhu zu Ihrer neuen Publikation!

Trotz deutlicher Fortschritte im Bereich des Protein Engineerings fehlt es uns immer noch an generellen Designregeln um die Resistenz von Enzymen in der Gegenwart von organischen Lösungsmitteln zu verbessern. In früheren Studien wurde anhand weniger Aminosäureaustausche gefolgert, wie ein Enzym für den Einsatz in wasser-mischbaren organischen Lösungsmitteln eingesetzt werden könnte. In der vorliegenden Studie wurde eine Bacillus subtilis Lipase A -BSLA- Bibliothek, welche die gesamte natürliche Vielfalt von einzelnen Aminosäureaustauschen an allen 181 Positionen von BSLA umfasst mittels dreier moderner Zufallsmutagenesemethoden verglichen: error-prone PCR -epPCR- mit geringer und hoher Mutagenesefrequenz, sowie die Transversionen bevorzugende Sequence Saturation Mutagenesis -SeSaM-Tv P/P- Methode. Die Bibliotheken wurden nach Aminosäureaustauschen durchsucht, welche die Resistenz des Enzyms gegenüber den wassermischbaren organischen Lösungsmitteln 1,4-Dioxan, 2,2,2-Trifluorethanol und Dimethylsulfoxid steigern. Unsere Analyse zeigte, dass obwohl eine signifikante Menge aller möglichen Austausche zu einer verbesserten Lösungsmittelresistenz beitragen, nur ein geringer Anteil dieser Austausche von den drei Zufallsmutagenesemethoden entdeckt wurden. Somit stellt dies die erste Studie dar, welche die Fähigkeiten dieser in Experimenten der Gelenkten Evolution häufig verwendeten Vielfaltsgenerierungsmethoden quantifiziert und mit der Gesamtvielfalt aller möglichen Einfachsubstitutionen vergleicht. Darüber hinaus deuten unsere Ergebnisse auf die Wichtigkeit von Ladungen auf der Proteinoberfläche für die Resistenz gegen organische Lösungsmittel hin.

Zugang zu der Publikation finden Sie unter Publikationen und Patente.

Markel, U., Zhu, L., Frauenkron-Machedjou, V. J., Zhao, J., Bocola, M., Davari, M. D., Jaeger, K.-E., Schwaneberg, U. (2017). Are Directed Evolution Approaches Efficient in Exploring Nature’s Potential to Stabilize a Lipase in Organic Cosolvents? Catalysts, 7, 142. DOI:10.3390/catal7050142