Engineering of β-Agarase with Enhanced Thermostability via Multitool Consensus Prediction and Structure-Guided Screening

热稳定性 化学 计算生物学 生化工程 生物化学 组合化学 纳米技术 生物 生物系统 计算机科学
作者
Qianqian Diao,Xingfei Li,Yuxiang Bai,Xiaoxiao Li,Zhengyu Jin,Jie Long
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (14): 11689-11700
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.6c00198
摘要

β-Agarase plays a crucial role in preparing bioactive agar oligosaccharides, but its insufficient thermostability limits industrial application. In this study, we developed a stepwise design strategy integrating multitool consensus prediction, structure-based rational screening, and greedy algorithm-based optimization to enhance AgaDcat’s thermostability. This yielded mutant M3 (N120S-D243N-Q246A-S287E-A335D), which exhibits an 11 °C higher melting temperature ( T m ) and 14-fold longer half-life ( t 1/2 ) at 50 °C than the wild-type. Molecular dynamics simulations showed that mutations strengthened hydrophobic interactions, salt bridges, and hydrogen bond networks, while optimizing surface charge. The M3 variant performed well in high-temperature agarose hydrolysis, mainly producing neoagarotetraose (NA4) and neoagarohexaose (NA6), showing great industrial potential. This framework improves the efficiency of enzyme thermostability engineering and provides a general approach for industrial enzymes modification.
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