J 2018

Exploration of Enzyme Diversity by Integrating Bioinformatics with Expression Analysis and Biochemical Characterization

VAŇÁČEK, Pavel; Eva ŠEBESTOVÁ; Petra BABKOVÁ; Šárka NEVOLOVÁ; Lukáš DANIEL et al.

Základní údaje

Originální název

Exploration of Enzyme Diversity by Integrating Bioinformatics with Expression Analysis and Biochemical Characterization

Autoři

VAŇÁČEK, Pavel; Eva ŠEBESTOVÁ; Petra BABKOVÁ; Šárka NEVOLOVÁ; Lukáš DANIEL; Pavel DVOŘÁK; Veronika ŠTĚPÁNKOVÁ; Radka CHALOUPKOVÁ; Jan BREZOVSKÝ; Zbyněk PROKOP a Jiří DAMBORSKÝ

Vydání

ACS Catalysis, WASHINGTON, AMER CHEMICAL SOC, 2018, 2155-5435

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10608 Biochemistry and molecular biology

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 12.221

Označené pro přenos do RIV

Ano

Kód RIV

RIV/00216224:14310/18:00101756

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

DOI

UT WoS

EID Scopus

Klíčová slova anglicky

diversity; sequence space; bioinformatics; biocatalyst; biochemical characterization; activity; substrate specificity; haloalkane dehalogenases

Štítky

Změněno: 23. 4. 2024 14:23, Mgr. Michal Petr

Anotace

V originále

Millions of protein sequences are being discovered at an incredible pace, representing an inexhaustible source of biocatalysts. Here, we describe an integrated system for automated in silico screening and systematic characterization of diverse family members. The workflow consists of (i) identification and computational characterization of relevant genes by sequence/structural bioinformatics, (ii) expression analysis and activity screening of selected proteins, and (iii) complete biochemical/biophysical characterization and was validated against the haloalkane dehalogenase family. The sequence-based search identified 658 potential dehalogenases. The subsequent structural bioinformatics prioritized and selected 20 candidates for exploration of protein functional diversity. Out of these 20, the expression analysis and the robotic screening of enzymatic activity provided 8 soluble proteins with dehalogenase activity. The enzymes discovered originated from genetically unrelated Bacteria, Eukaryota, and also Archaea. Overall, the integrated system provided biocatalysts with broad catalytic diversity showing unique substrate specificity profiles, covering a wide range of optimal operational temperature from 20 to 70 degrees C and an unusually broad pH range from 5.7 to 10. We obtained the most catalytically proficient native haloalkane dehalogenase enzyme to date (k(cat)/K-0.5 = 96.8 mM(-1) s(-1) the most thermostable enzyme with melting temperature 71 degrees C, three different cold-adapted enzymes showing dehalogenase activity at near-to-zero temperatures, and a biocatalyst degrading the warfare chemical sulfur mustard. The established strategy can be adapted to other enzyme families for exploration of their biocatalytic diversity in a large sequence space continuously growing due to the use of next-generation sequencing technologies.

Návaznosti

CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_013/0001761, interní kód MU
Název: RECETOX RI - OP VVV (Akronym: RECETOX RI)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, RECETOX RI - OP VVV, PO 1 Posilování kapacit pro kvalitní výzkum
GA16-06096S, projekt VaV
Název: Objasnění významu dynamických tunelů pro enzymatickou katalýzu: simulace a fluorescenční experimenty
Investor: Grantová agentura ČR, Objasnění významu dynamických tunelů pro enzymatickou katalýzu: simulace a fluorescenční experimenty
GA16-07965S, projekt VaV
Název: Řízená evoluce dynamických elementů v enzymech s využitím mikrofluidních čipů
Investor: Grantová agentura ČR, Řízená evoluce dynamických elementů v enzymech s využitím mikrofluidních čipů
GA16-24223S, projekt VaV
Název: Strukturní podstata vzniku nových enzymových aktivit
Investor: Grantová agentura ČR, Strukturní podstata vzniku nových enzymových aktivit
LM2015047, projekt VaV
Název: Česká národní infrastruktura pro biologická data (Akronym: ELIXIR-CZ)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Česká národní infrastruktura pro biologická data
LM2015051, projekt VaV
Název: Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (Akronym: RECETOX RI)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Výzkumná infrastruktura RECETOX
LM2015055, projekt VaV
Název: Centrum pro systémovou biologii (Akronym: C4SYS)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, The national infrastructure C4SYS - Centre for Systems Biology
LO1214, projekt VaV
Název: Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (Akronym: RECETOX)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí