Creation of an Amino Acid Network of Structurally Coupled Residues in the Directed Evolution of a Thermostable Enzyme

Abstract

Fern und doch so nah: In der gerichteten Evolution eines hyperthermisch stabilisierten Enzyms sind weit voneinander entfernte Reste über ein weitläufiges Aminosäurenetzwerk an der Proteinoberfläche strukturell gekoppelt.

Computational Enzyme Design

“…[17,18] Examples of its application include improved themostability, [88] tolerance to organic solvents, [89] strengthened proteinprotein interactions, [90] altered substrate promiscuity/specificity, [91,92] enhanced enzymatic activity, [93] and inversion of enantioselectivity. [94,95] In the directed evolution of catalytic function, a starting gene is mutagenized to create a library of variants, which is screened for enzymes with an improvement of the sought-after property (stability, substrate specificity, activity, etc.).…”

Gerichtete Evolution stereoselektiver Enzyme: Eine ergiebige Katalysator‐Quelle für asymmetrische Reaktionen

“…So wurden Fitness-Landschaften experimentell konstruiert, wodurch epistatische Effekte entlang aller relevanten Evolutionspfade quantitativ gemessen werden konnten. [60,72,121] Es zeigte sich, dass Mutationen und Sätze von Mutationen kooperativ bzw. synergistisch wirken und so entscheidend zur Effizienz beitragen.…”

Die Bedeutung von additiven und nicht‐additiven Mutationseffekten beim Protein‐Engineering

“…[34] Wird bei der gerichteten Evolution keine verbesserte Mutante in einer gegebenen Bibliothek gefunden, so bedeutet dies traditionsgemäß, dass der Experimentator entweder die Mutantenbibliothek vergrçßert, eine andere Mutagenesemethode testet oder aufgibt. [21,[26][27][28][29][32][33][34] Mit zunehmender Datenmenge, gekoppelt mit detaillierten biophysikalischen Untersuchungen und QM/MM-Analysen aller Mutanten auf einem im Labor konzipierten und durchlaufenen evolutionären Pfad, wird es mçglich sein, ein tieferes Verständnis von nicht-additiven Effekten auf molekularer Ebene zu entwickeln. [34] In diesem Zusammenhang seien das Konzept der neutralen Drift [35] und die Quasispeziestheorie von Eigen et al [36] erwähnt, die Mannervik et al in ihren Studien zur gerichteten Evolution herangezogen haben.…”

“…Wie in diesem Essay dargelegt sind dazu Dekonvolutionsstudien erforderlich. [21,[26][27][28][29][32][33][34] Mit zunehmender Datenmenge, gekoppelt mit detaillierten biophysikalischen Untersuchungen und QM/MM-Analysen aller Mutanten auf einem im Labor konzipierten und durchlaufenen evolutionären Pfad, wird es mçglich sein, ein tieferes Verständnis von nicht-additiven Effekten auf molekularer Ebene zu entwickeln. Dadurch wird auch unser Wissen über funktionale Proteinen wachsen, was letztlich zu einem treffsicheren rationalen Design führen kçnnte.…”