Directed evolution of lectins from pathogenic bacteria

MRÁZKOVÁ, Jana, Marek SAFY, Martina POKORNÁ and Michaela WIMMEROVÁ. Directed evolution of lectins from pathogenic bacteria. In XV. Setkání biochemiků a molekulárních biologů. 2011. ISBN 978-80-210-5594-0.

Basic information

• Original name: Directed evolution of lectins from pathogenic bacteria
• Name in Czech: Řízená evoluce lektinů z patogenních bakterií
• Authors: MRÁZKOVÁ, Jana (203 Czech Republic, belonging to the institution), Marek SAFY (203 Czech Republic, belonging to the institution), Martina POKORNÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution) and Michaela WIMMEROVÁ (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution).
• Edition: XV. Setkání biochemiků a molekulárních biologů, 2011.

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Conference abstract
• Field of Study: 10600 1.6 Biological sciences
• Country of publisher: Czech Republic
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• RIV identification code: RIV/00216224:14740/11:00050138
• Organization unit: Central European Institute of Technology
• ISBN: 978-80-210-5594-0
• Keywords (in Czech): řízená evoluce; náhodná mutageneze in vitro; cíleně-náhodná mutageneze; místně-cílená mutageneze; lektiny; PA-IIL; Pseudomonas aeruginosa; RS-IIL; Ralstonia solanacearum; BC2L-A; Burkholderia cenocepacia
• Keywords in English: directed evolution; random mutagenesis in vitro; targeted-random mutagenesis; site-directed mutagenersis; lectins; PA-IIL; Pseudomonas aeruginosa; RS-IIL; Ralstonia solanacearum; BC2L-A; Burkholderia cenocepacia
• Tags: rivok

Abstract

Directed evolution is widely used in protein engineering for producing proteins with altered or improved properties. This powerful tool includes several main approaches. The first is a random mutagenesis, which is used for creating random mutations anywhere in the gene of interest. The second is a targeted random mutagenesis, which is utilized for preparing mutants with random base substitutions in selected hotspots. In addition, a site directed mutagenesis is based on rational design and it serves for creating specific amino acid substitutions in selected hotspots. In our work two technical approaches - the targeted-random mutagenesis via mixture of oligonucleotide primers and the site directed mutagenesis via two primers carrying specific substitution – are employed. Lectins are proteins produced by different organisms. They are able to bind various sugars specifically. This fact is very important especially in host pathogen interactions where lectins help to pathogen in adhesion to sugar moieties presented on host cells. Pseudomonas aeruginosa, Ralstonia solanacearum and Burkholderia cenocepacia are opportunistic pathogens which attack mainly imunocompromised patients. These bacteria produce lectins that display significant similarities. The PA-IIL lectin from bacterium P. aeruginosa was chosen as a primary target gene to be modified via targeted random mutagenesis. This soluble protein is well-characterized and it shows very high affinity for L fucose but it can bind several monosaccharides with similar stereochemistry e.g. L-galactose or D mannose. Orthologues of this lectin have been identified in bacteria R. solanacearum (RS IIL) and B. cenocepacia (BC2L A). However, these two PA IIL-like lectins prefer D mannose instead of L fucose. The aim of this work is to produce Ca-dependent lectins with a sharp specificity to L-fucose. The lectins with improved properties could be further used in biotechnology and for bioanalytical purposes.

Abstract (in Czech)

Řízená evoluce je široce využívána v proteinovém inženýrství pro tvorbu proteinů s pozměněnými, anebo vylepšenými vlastnostmi. Tento účinný nástroj zahrnuje několik hlavních přístupů. První je náhodná mutageneze, která je využívána pro tvorbu náhodných mutací kdekoliv ve vybraném genu. Druhý je cíleně-náhodná mutageneze, která se používá při přípravě mutantů s náhodnými změnami v konkrétním místě. Místně-cílená mutageneze je založena na racionálním designu a slouží ke tvorbě specifických substitucí na konkrétním místě. V naší práci se zaměřujeme na dva přístupy: cíleně-náhodnou mutagenezi pomocí směsi oligonucleotidových primerů a místně-cílenou mutagenezi pomocí dvou primerů nesoucích specifickou substituci. Lektiny jsou proteiny produkované různými organismy. Jsou schopny specificky vázat různé sacharidy. Tento fakt je velice důležitý zejména v interakci patogenu a hostitele, kde lektiny pomáhají patogenu při adhezi k cukerným zbytkům přítomných na hostitelské buňce. Pseudomonas aeruginosa, Ralstonia solanacearum a Burkholderia cenocepacia jsou příležitostné patogeny, které napadají zejména pacienty s oslabenou obranyschopností. Tyto bakterie produkují lektiny, které vykazují značnou podobnost. Lektin PA-IIL z bakterie P. aeruginosa byl zvolen jako primární cílový gen k modifikaci za pomocí místně-cílené mutageneze. Tento rozpustný protein je dobře charakterizován a vykazuje velmi vysokou afinitu k L-fucose, nicméně je schopen vázat několik monosacharidů s podobnou stereochemií jako například L-galaktosu, nebo D-manosu. Ortology tohoto lektinu byly identifikovány také v bakteriích R. solanacearum (RS-IIL) a B. cenocepacia (BC2L-A). Nicméně, tyto dva lektiny podobné PA-IIL preferují D-manosu namísto L- fucosy. Cílem této práce je příprava Ca-dependentních lektinů s přesnou specifitou k L-fucose. Lektin s vylepšenými vlastnostmi by mohl být dále využíván v biotechnologii a pro bioanalytické účely.

Links

• GA303/09/1168, research and development project: Name: Lektiny z lidských patogenů - struktura, funkce, inženýrství

Investor: Czech Science Foundation, Lectins from human pathogens - structure, function, engineering

• GD301/09/H004, research and development project: Name: Molekulární a strukturní biologie vybraných cytostatik. Od mechanistických studií k chemoterapii rakoviny

Investor: Czech Science Foundation

• LC06030, research and development project: Name: Biomolekulární centrum

Investor: Ministry of Education, Youth and Sports of the CR, Biomolecular centre

• MSM0021622413, plan (intention): Name: Proteiny v metabolismu a při interakci organismů s prostředím

Investor: Ministry of Education, Youth and Sports of the CR, Proteins in metabolism and interaction of organisms with the environment