Simultaneously optimizing multiple properties of β-glucosidase Bgl6 using combined (semi-)rational design strategies and investigation of the underlying mechanisms

热稳定性 突变体 合理设计 酶动力学 水解 蛋白质工程 化学 生物化学 定向进化 活动站点 生物系统 生物物理学 组合化学 生物 材料科学 纳米技术 基因
作者
Shuifeng Li,Lichuang Cao,Xiangpeng Yang,Xiangrui Wu,Shujing Xu,Yuhuan Liu
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier BV]
卷期号:374: 128792-128792 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2023.128792
摘要

The performance of β-glucosidase during cellulose saccharification is determined by thermostability, activity and glucose tolerance. However, conflicts between them make it challenging to simultaneously optimize three properties. In this work, such a case was reported using Bgl6-M3 as a starting point. Firstly, four thermostability-enhancing mutations were obtained using computer-aided engineering strategies (mutant M7). Secondly, substrate binding pocket of M7 was reshaped, generating two mutations that increased activity but decreased glucose tolerance (mutant M9). Then a key region lining active site cavity was redesigned, resulting in three mutations that boosted glucose tolerance and activity. Finally, mutant M12 with simultaneously improved thermostability (half-life of 20-fold), activity (kcat/Km of 5.6-fold) and glucose tolerance (ΔIC50 of 200 mM) was obtained. Mechanisms for property improvement were elucidated by structural analysis and molecular dynamics simulations. Overall, the strategies used here and new insights into the underlying mechanisms may provide guidance for multi-property engineering of other enzymes.
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