Enzyme Engineering for Chemical Synthesis and Water Absorbing Performance
Tid: Fr 2025-03-28 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/62430600641
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemi
Respondent: Luyao Zhao , Industriell bioteknologi, BioCat group
Opponent: Associate Professor Fabio Parmeggiani, Politecnico di Milano, Italien
Handledare: Professor Per Berglund, Industriell bioteknologi, KTH Royal Institute of Technology; Assistant Professor Christian Schnepel, Durham University, England
QC 20250303
Abstract
Enzymingenjörskonst är en kraftfull strategi för att förbättra biokatalytisk prestanda och optimera proteinbaserade material för olika tillämpningar. Denna studie tillämpar rekonstitution av förfäderssekvenser (ASR), rationell design och optimering av processförhållanden för att förbättra enzymstabilitet, katalytisk effektivitet och funktionella egenskaper. Fyra centrala områden undersöks: transaminasdesign för syntes av kirala aminer, enzymatisk amidbildning, selektivitetskontroll vid Baeyer-Villiger-oxidation samt proteinbaserade vattenabsorberande material. För att förbättra termostabiliteten och substratspektra för ω-transaminaser från Silicibacter pomeroyi (Sp-ATA) användes ASR för att identifiera stabiliserande mutationer, vilket ökade enzymets industriella användbarhet. Vid amidbindningsbildning optimerades Pseudomonas aeruginosa N-acyltransferas (PaAT) genom rationell design och kombinerades med adenyleringsdomänen från Segniliparus rugosus karboxylsyrareduktas (CARsr-A). Den modifierade varianten Y72S/F206N visade en avsevärt förbättrad omvandlingshastighet för farmaceutiskt relevanta karboxylsyror, vilket erbjuder ett hållbart alternativ till kemisk syntes. I Baeyer-Villiger-oxidation undersöktes processoptimering för att styra regioselektiviteten. Ingenjörsmässigt modifierade Baeyer-Villiger monooxygenaser (BVMOs) från Acinetobacter- och Arthrobacter-arter kunde genom ökad syrgastillgänglighet styra produktfördelningen mot den "normala" laktonen. För proteinbaserade vattenabsorberande material genomfördes mutagenes på patatin, ett protein från potatis, för att förändra sammansättningen av laddade aminosyrarester. Varianter med en högre andel lysin och asparaginsyra uppvisade en fördubblad vattenabsorption, enligt molekylär dynamik-simuleringar, vilket demonstrerar potentialen hos enzymingenjörskonst för utveckling av hållbara absorberande material. Sammanfattningsvis belyser denna studieintegrationen av beräkningsbaserade och experimentella enzymteknikstrategier för att förbättra biokatalys vid kemisk syntes och för funktionella biomaterial, och erbjuder nya lösningar för industriell bioteknik och hållbar materialvetenskap.