Protein engineering of Bacillus acidopullulyticus pullulanase for enhanced thermostability using in silico data driven rational design methods

热稳定性 合理设计 普鲁兰酶 蛋白质工程 饱和突变 突变体 突变 定向进化 化学 生物化学 定点突变 生物信息学 生物 遗传学 基因
作者
Ana Chen,Yamei Li,Jianqi Nie,Brian McNeil,Laura Jeffrey,Yankun Yang,Zhonghu Bai
出处
期刊:Enzyme and microbial technology [Elsevier BV]
卷期号:78: 74-83 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.enzmictec.2015.06.013
摘要

Thermostability has been considered as a requirement in the starch processing industry to maintain high catalytic activity of pullulanase under high temperatures. Four data driven rational design methods (B-FITTER, proline theory, PoPMuSiC-2.1, and sequence consensus approach) were adopted to identify the key residue potential links with thermostability, and 39 residues of Bacillus acidopullulyticus pullulanase were chosen as mutagenesis targets. Single mutagenesis followed by combined mutagenesis resulted in the best mutant E518I-S662R-Q706P, which exhibited an 11-fold half-life improvement at 60 °C and a 9.5 °C increase in Tm. The optimum temperature of the mutant increased from 60 to 65 °C. Fluorescence spectroscopy results demonstrated that the tertiary structure of the mutant enzyme was more compact than that of the wild-type (WT) enzyme. Structural change analysis revealed that the increase in thermostability was most probably caused by a combination of lower stability free-energy and higher hydrophobicity of E518I, more hydrogen bonds of S662R, and higher rigidity of Q706P compared with the WT. The findings demonstrated the effectiveness of combined data-driven rational design approaches in engineering an industrial enzyme to improve thermostability.
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