Advancing Enzyme’s Stability and Catalytic Efficiency through Synergy of Force-Field Calculations, Evolutionary Analysis, and Machine Learning

热稳定性 蛋白质工程 饱和突变 突变 生物信息学 蛋白质稳定性 化学 理论(学习稳定性) 力场(虚构) 计算机科学 突变 人工智能 生物化学 机器学习 突变体 基因
作者
Antonín Kunka,Sérgio M. Marques,Martin Havlásek,Michal Vasina,Nikola Velatova,Lucia Cengelova,David Kovář,Jir̆ı́ Damborský,Martin Marek,David Bednář,Zbyněk Prokop
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (19): 12506-12518 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c02575
摘要

Thermostability is an essential requirement for the use of enzymes in the bioindustry. Here, we compare different protein stabilization strategies using a challenging target, a stable haloalkane dehalogenase DhaA115. We observe better performance of automated stabilization platforms FireProt and PROSS in designing multiple-point mutations over the introduction of disulfide bonds and strengthening the intra- and the inter-domain contacts by in silico saturation mutagenesis. We reveal that the performance of automated stabilization platforms was still compromised due to the introduction of some destabilizing mutations. Notably, we show that their prediction accuracy can be improved by applying manual curation or machine learning for the removal of potentially destabilizing mutations, yielding highly stable haloalkane dehalogenases with enhanced catalytic properties. A comparison of crystallographic structures revealed that current stabilization rounds were not accompanied by large backbone re-arrangements previously observed during the engineering stability of DhaA115. Stabilization was achieved by improving local contacts including protein-water interactions. Our study provides guidance for further improvement of automated structure-based computational tools for protein stabilization.
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