Improving the Thermostability of Xylanase A from Bacillus subtilis by Combining Bioinformatics and Electrostatic Interactions Optimization

Autor(es)

Ngo, Khoa ^{[1, 2]} ; da Silva, Fernando Bruno ^[3] ; Leite, Vitor B. P. ^[3] ; Contessoto, Vinicius G. ^{[1, 2, 3]} ; Onuchic, Jose N. ^{[4, 5]}

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Rice Univ, Ctr Theoret Biol Phys, Houston, TX 77005 - USA

^[2] Univ Houston, Dept Phys, Houston, TX 77004 - USA

^[3] UNESP, Inst Biociencias Letras & Ciencias Exatas, Dept Fis, Univ Estadual Paulista, Sao Jose Do Rio Preto, SP - Brazil

^[4] Rice Univ, Dept Biosci, Houston, TX 77005 - USA

^[5] Rice Univ, Ctr Theoret Biol Phys, Dept Phys & Astron, Dept Chem, Houston, TX 77005 - USA

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Journal of Physical Chemistry B; v. 125, n. 17, p. 4359-4367, MAY 6 2021.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

The rational improvement of the enzyme catalytic activity is one of the most significant challenges in biotechnology. Most conventional strategies used to engineer enzymes involve selecting mutations to increase their thermostability. Determining good criteria for choosing these substitutions continues to be a challenge. In this work, we combine bioinformatics, electrostatic analysis, and molecular dynamics to predict beneficial mutations that may improve the thermostability of XynA from Bacillus subtilis. First, the Tanford-Kirkwood surface accessibility method is used to characterize each ionizable residue contribution to the protein native state stability. Residues identified to be destabilizing were mutated with the corresponding residues determined by the consensus or ancestral sequences at the same locations. Five mutants (K99T/N151D, K99T, S31R, N151D, and K154A) were investigated and compared with 12 control mutants derived from experimental approaches from the literature. Molecular dynamics results show that the mutants exhibited folding temperatures in the order K99T > K99T/N151D > S31R > N151D > WT > K154A. The combined approaches employed provide an effective strategy for low-cost enzyme optimization needed for large-scale biotechnological and medical applications. (AU)

• Processo FAPESP: 16/19766-1 - Relevo de superfícies de energia de macromoléculas biológicas com aplicações em biotecnologia e em biomedicina
• Beneficiário: Vitor Barbanti Pereira Leite
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 19/22540-3 - Estudos de relevo de superfícies de energia de macromoléculas biológicas
• Beneficiário: Vitor Barbanti Pereira Leite
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 14/06862-7 - Estudos computacionais em enovelamento de proteínas e engenharia de enzimas envolvidas na geração de bioetanol
• Beneficiário: Vitor Barbanti Pereira Leite
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 16/13998-8 - Evolução racional por métodos computacionais aplicados na predição de mutações no desenvolvimento de enzimas para produção de biocombustíveis
• Beneficiário: Vinícius de Godoi Contessoto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/09662-7 - Evolução racional por métodos computacionais aplicada em enzimas relacionadas com a produção de bioetanol
• Beneficiário: Vinícius de Godoi Contessoto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado