Reengineering biocatalysts: Computational redesign of chondroitinase ABC improves efficacy and stability

业务流程重组 生化工程 计算机科学 生物技术 化学 生物 工程类 有机化学 炼油厂
作者
Marian H. Hettiaratchi,Matthew J. O’Meara,Teresa R. O’Meara,Andrew Pickering,Nitzan Letko-Khait,Molly S. Shoichet
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:6 (34): eabc6378-eabc6378 被引量:57
标识
DOI:10.1126/sciadv.abc6378
摘要

Maintaining biocatalyst stability and activity is a critical challenge. Chondroitinase ABC (ChABC) has shown promise in central nervous system (CNS) regeneration, yet its therapeutic utility is severely limited by instability. We computationally reengineered ChABC by introducing 37, 55, and 92 amino acid changes using consensus design and forcefield-based optimization. All mutants were more stable than wild-type ChABC with increased aggregation temperatures between 4° and 8°C. Only ChABC with 37 mutations (ChABC-37) was more active and had a 6.5 times greater half-life than wild-type ChABC, increasing to 106 hours (4.4 days) from only 16.8 hours. ChABC-37, expressed as a fusion protein with Src homology 3 (ChABC-37-SH3), was active for 7 days when released from a hydrogel modified with SH3-binding peptides. This study demonstrates the broad opportunity to improve biocatalysts through computational engineering and sets the stage for future testing of this substantially improved protein in the treatment of debilitating CNS injuries.
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