Computationally Informed Redesign of Levansucrase from Erwinia tasmaniensis to Enhance Its Thermostability for Levan Biosynthesis

热稳定性 柠檬酸 合理设计 化学 蛋白质工程 突变体 生物化学 组合化学 生物材料 生物合成 动力学 分子动力学 催化效率 合成生物学 海藻糖 大肠杆菌 代谢工程 生物催化 催化作用 定向进化 蛋白质折叠 折叠(DSP实现) 产物抑制 突变 生物物理学 定点突变
作者
Thanapon Charoenwongpaiboon,Yanisa Srichompoo,Karan Wangpaiboon,Stefano Benini,Robert A. Field,Chanchao Lorthongpanich,Piamsook Pongsawasdi,Rath Pichyangkura,Thanapon Charoenwongpaiboon,Yanisa Srichompoo,Karan Wangpaiboon,Stefano Benini,Robert A. Field,Chanchao Lorthongpanich,Piamsook Pongsawasdi,Rath Pichyangkura
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c11841
摘要

Levan is a versatile biomaterial because of its unique physicochemical properties and bioactivities. To synthesize levan efficiently, it is important to improve the thermostability of levansucrase. This study presents the first engineering study on Erwinia tasmaniensis levansucrase (EtLsc) employing a rational protein design approach. Molecular dynamics (MD) simulations were used to identify thermally sensitive regions of EtLsc, and thermostable variants were designed by using FireProt folding energy calculations. Among the designed candidates, the A197P and S239P mutants had largely higher melting temperatures (Tm) and half-life (t1/2) compared to the wild type. The double variant A197P/S239P exhibited a 7.9 °C increase in Tm and a 48-fold extension of t1/2 at 50 °C, which represents a more significant enhancement than previous studies. Kinetic and product analyses using HPSEC, HPAEC-PAD, and 1H NMR demonstrated that these mutations did not alter the catalytic efficiency or levan structure. The results demonstrate the potential of MD-aided energy-based engineering for thermostable EtLsc designs.
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