Detail publikace

Computational Design of Stable and Soluble Biocatalysts

MUSIL, M.; KONEGGER, H.; HON, J.; BEDNÁŘ, D.; DAMBORSKÝ, J. Computational Design of Stable and Soluble Biocatalysts. ACS Catalysis, 2019, vol. 9, no. 2, p. 1033-1054. ISSN: 2155-5435.
Název česky
Výpočetní návrh stabilních a solubilních biokatalyzátorů
Typ
článek v časopise
Jazyk
anglicky
Autoři
Musil Miloš, Ing., Ph.D. (UIFS)
Konegger Hannes
Hon Jiří, Ing., Ph.D.
Bednář David (FIT)
Damborský Jiří, prof. Mgr., Dr. (UMEL)
URL
Klíčová slova

Agregace, Výpočetní návrh, Silová pole, Expresibilita, Strojové učení, Fylogenetická analýza, Stabilita enzymů, Solubilita enzymů

Abstrakt

Enzymy, které se vyskytují ve volné přírodě, disponují pouze nízkou termální stabilitou. Nestabilní, špatně složené nebo agregované proteiny vedou k vysokým ekonomickým ztrátám v oblastech biotechnologií a biofarmacie. Z toho důvodu vzniká potřeba optimalizovat proteinové sekvence tak, aby se zvýšila jejich stabilita, solubilita a aktivita v široké škále teplot, pH, pufferů a pro případy přítomnosti organických solventů. Tato skutečnost vedla k významnému nasazení výpočetních metod ke zlepšení robustnosti a solubility proteinů. Vhodné metody zahrnují (i) výpočty volné energie, (ii) strojové učení, (iii) fylogenetickou analýzu a (iv) kombinace více přístupů. V posledních dvou dekádách bylo možné zaznamenat výrazný pokrok v návrhu stabilních enzymů, avšak predikce proteinové solubility a expresibility je stále obtížná. Stabilizující mutace mohou být predikovány s vysokou přesností pomocí silových polí, zatímco množství sekvencí pro fylogenetické analýzy každoročně roste a komplexní výpočetní workflow jsou implementovány ve formě jednoduchých webových nástrojů, které dále zvyšují kvalitu predikce stability proteinů. Oproti tomu, prediktory solubility jsou velmi limitované v důsledku nízké robustnosti a nevyváženosti experimentálních dat a nedostatečnému pochopení základních principů proteinové agregace a mezistavů při skládání proteinů. Zde shrnujeme nedávné pokroky ve vývoji nástrojů pro predikci stability a solubility proteinů, kriticky hodnotíme jejich silné a slabé stránky a identifikujeme mezery v datech a znalostech. Závěrem také poskytujeme výhledy pro další vývoj v oblastni výpočetních nástrojů pro návrh stabilních a solubilních biokatalyzátorů.

Rok
2019
Strany
1033–1054
Časopis
ACS Catalysis, roč. 9, č. 2, ISSN 2155-5435
DOI
10.1021/acscatal.8b03613
UT WoS
000458707000028
EID Scopus
2-s2.0-85059802317
BibTeX 
@article{BUT155120,
  author="Miloš {Musil} and Hannes {Konegger} and Jiří {Hon} and David {Bednář} and Jiří {Damborský}",
  title="Computational Design of Stable and Soluble Biocatalysts",
  journal="ACS Catalysis",
  year="2019",
  volume="9",
  number="2",
  pages="1033--1054",
  doi="10.1021/acscatal.8b03613",
  issn="2155-5435",
  url="https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.8b03613"
}
Nahoru