Rational Design of a Novel DNA Polymerase From Clostridium thermocellum to Improve LAMP Detection Performance

热室梭菌 聚合酶 计算生物学 合理设计 DNA 生化工程 计算机科学 生物 工程类 遗传学 生物化学 纤维素酶
作者
Cheng Wang,Bin Hong,Yanmei Li,Yi Ma,Wei Xü,Jufang Wang
出处
期刊:Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:20 (1): e202400559-e202400559 被引量:1
标识
DOI:10.1002/biot.202400559
摘要

ABSTRACT Loop‐mediated isothermal amplification (LAMP) is a detection method widely used in pathogen detection and clinical diagnosis. Nevertheless, it is highly constrained by thermal stability, catalytic activity, and resistance to inhibitors of Bst DNA polymerase. In this study, a novel DNA polymerase was characterized from Clostridium thermocellum , exhibiting potential in LAMP detection. Through bioinformatics analysis, the enzyme and the DNA‐binding domain (DBD) from Pyrococcus abyssi were mutated for enhanced interaction between proteins and DNA. A chimeric mutant DBD E146K ‐S738R reaches the detection threshold 13 min earlier than wild‐type Cth DNA polymerase in real‐time LAMP detection with a template concentration of 1.58 × 10 5 fg/µL. It also showed the highest enzymatic activity at pH 9.0 and 65°C. The chimeric enzyme DBD E146K ‐S738R exhibits good thermal stability, capable of performing LAMP reactions after treatment at 73°C or 70°C for 8 h. Moreover, it maintains high activity even under the inhibitory conditions of 50 U/mL heparin, 1.6 mM EDTA, 200 mM NaCl, 10% ethanol, 1.2 M urea, or 0.8% phenol. Notably, it was able to detect 1.58 × 10 2 ag/µL of the genome and 1.03 CFU/mL of the colony in Salmonella typhimurium detection. The enzyme's performance is superior to commercial Bst 2.0 and comparable to commercial Bst 3.0. The results suggest that DBD E146K ‐S738R in LAMP exhibits great potential for molecular biological studies and clinical diagnostic analysis.
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