Till innehåll på sidan

Sequence- and structure guided engineering of proteins and enzymes for biotechnology and health applications

Tid: Fr 2023-03-24 kl 13.00

Plats: Air & Fire, Science for Life Laboratory, Tomtebodavägen 23A, Solna

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/67597914810

Språk: Engelska

Ämnesområde: Bioteknologi

Respondent: Karen Schriever , Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Ytbehandlingsteknik, Chemistry for Life Science

Opponent: Professor Eric A. Gaucher, Georgia State University

Handledare: Universitetslektor Per-Olof Syrén, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Ytbehandlingsteknik, Wallenberg Wood Science Center, Proteinvetenskap; Professor Elton P. Hudson, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Systembiologi

Exportera till kalender

QC 2023-02-27

Abstract

Proteiner är mycket diversa och sofistikerade biomolekyler som representerar en hörnsten för biologisk struktur och funktion och har tagits till vara i tillämpade produkter sen flera tusen år tillbaka. De proteiner som underlättar att kemiska reaktioner händer under en fysiologiskt relevant tidsram kallas för enzymer. En förståelse av sammanhangen mellan proteiners funktion och deras strukturer, mekanismer och evolution möjliggör att utveckla åtråvärda egenskaper hos de olika tillämpningarna.   Målet med det presenterade arbetet i denna avhandling är att granska olika inriktningar och arbetsflöden för att utveckla proteiner med tillämpningar i områdena hälsa och bioteknik.  Fyra proteiner studerades och/eller utvecklades mot olika rön med hjälp av sekvensbaserad information, strukturbaserad information eller en kombination av dessa. I Artikel I tillämpades en sekvensbaserad inriktning för att optimera en vaccinkandidat mot severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2, svår akut respiratorisk sjukdom coronavirus 2 på svenska). Konkret, så användes rekonstruktion av förfädersproteiner för att generera mycket stabila och lösliga antigener som kunde produceras i stora mängder. Metoden var inte beroende av att testa många proteiner eller strukturell information. Dessa förfädersantigener interagerade med antikroppar från tillfrisknade patienter och kunde användas som strukturell bas för att hysa en domän som tillhör ett nuvarande antigen med syftet att ytterligare förstärka antikroppsinteraktionerna. I Artikel II och III användes enzymteknik för att utveckla terpencyklaser med tillämpningar inom områdena hälsa respektive biokatalys. I Artikel II tillämpades en strukturbaserad inriktning för att förstå de fundamentala principerna som ligger till grund för en enzymmekanism inom den mänskliga steroid metabolismen. Konkret, så identifierades och modifierades accesstunnlar för vatten med syftet att studera aktiveringsentropins roll för humant oxidosqualencyklas, vilket ledde till en drastisk förändring i katalysens temperaturberoende. Denna insikt kan komma at ha betydelse för utvecklingen av relaterade växtenzymer med syfte att producera industriellt värdefulla kemiska föreninger i cellfabriker. I Artikel III användes sekvensbaserade och strukturbaserade metoder tillsammans för att utveckla substratspecificitet i ett bakteriellt terpencyklas som katalyserar flera reaktioner. Konkret, så löstes strukturen av ett stabilt, rekonstruerat förfädersenzym till spiroviolensyntas för att förstå den molekylära grunden till att enzymet kan katalysera flera reaktioner och för att utveckla mycket selektiva varianter med bibehållen termisk stabilitet. Det presenterade arbetsflödet är relevant för att utveckla dessa enzymer till industriella biokatalysatorer för att producera terpenbaserade kemiska högvärdesföreningar. I Artikel IV studerades hur ett enzym som kontrollerar flödet genom Calvincykeln regleras av metaboliter för att som slutmål utveckla Calvincykeln mot ökad produktion i autotrofiska produktionsvärdar. Konkret, så identifierades interaktionerna mellan ett bifunktionellt fruktos‑1,6-bisfosfatas från cyanobakterier och en utvald grupp metaboliter med hjälp av en proteomikmetod och verifierades sedan med hjälp av in vitro experiment. En synergistisk reglering upptäcktes som involverar enzymets redoxtillstånd och metaboliten glyceraldehyd 3-fosfat och som har konsekvenser för hur detta enzym behöver modifieras för att kunna appliceras inom metabolismteknik. Sammanfattningsvis visar resultaten i denna avhandling nyttan av att integrera flera olika ingenjörsmässiga strategier för att skräddarsy proteiner med tilllämpningar i hälsa och bioteknik. 

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-324291