המחברים מבקשים להודות לEmilija Renke וג&#39;נט יו לקבלת סיוע טכני. DcN נתמך על ידי מענקים מארצות הברית מחלקת הביטחון (DR080205, DM102823, OR09055, וOR090059). RDH נתמך על ידי מענק מתחנת מרילנד חקלאות הניסוי וגרנט הדרכת NIH בתא וביולוגיה מולקולרית.

1. קביעת תנאים אופטימליים הסקה ראשית, יש לקבוע באופן ניסיוני את טמפרטורת הדגירה האופטימלית וזמן לשימוש עבור שלב החימום בבדיקה. עבור דגם PlyC, חשוב לציין כי ה coli שיתוף שינה-עם גני plyCB plyCA ועל פלסמידים ביטוי נפרדים הוכח בצורת holoenzyme PlyC מתפקד במלואה 6. הכנת 96 גם microtiter הצלחת כמו גם בתנאי צמיחת תא וטכניקת ציפוי ההעתק לאחר הותאמה מדוגמאות הניתנות בספרות 12-16. זמן דגירה של 30 דקות יהיה מתאים לבדיקה זו כתוצאות מניסויים קודמים איון תרמיים להכתיב אובדן מהיר בפעילות במהלך דגירה קצרת טווח בסביבות עולות טמפרטורה פיזיולוגית (תצפית לא פורסם). הטמפרטורה האופטימלית לדגירת PlyC הובהרה על ידי השלבים הבאים: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טראןsform ביטוי מבנה pBAD24: plyCA (Amp r) לתוך ה המוסמכת coli להתאמץ DH5α pBAD33: plyCB (CM r). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פלייט את transformants על צלחת וריא-Bertani (LB) אגר השלימה עם אמפיצילין (100 מיקרוגרם / מ&quot;ל) וchloramphenicol (35 מיקרוגרם / מ&quot;ל). דגירת צלחות הלילה בשעת 37 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם קיסם סטרילי, לחסן מושבת פרט לכל שורה של בארות (איור 2a) ב96 סטרילי, ברור, עם תחתית שטוחה היטב, התנסחויות צלחת microtiter המכילה 200 μl של LB בתוספת עם אמפיצילין וchloramphenicol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום מאובטח לוחית microtiter 96 גם על 37 מעלות צלזיוס רועדת חממה ולגדל את חיידקי לילה ב300 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחזר את צלחת microtiter 96 גם מ37 מעלות צלזיוס חממה רועדת וצלחת העתק לצלחת microtiter חדשה 96 גם באופן בא: <ol class="lalpha" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 180 μl של LB בתוספת עם אמפיצילין וchloramphenicolלכל אחד גם מצלחת ההעתק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר 20 μl של חיידקים מהצלחת המקורית לבארות המתאימות בצלחת ההעתק. זה אמור לגרום OD 600 ראשוניים של ~ 0.5. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום מאובטח לוחית ההעתק על 37 מעלות צלזיוס חממה רועדת ודגירת הצלחת לשעה 1 ב300 סל&quot;ד, ואז מוסיף את inductant. במקרה של מערכות ביטוי pBAD, inductant הוא arabinose 0.25%. מערכות ביטוי אחרות עשויות לדרוש inductants שונה. הנח את הצלחת אל 37 מעלות צלזיוס חממה רועדת ורעידות ב 300 סל&quot;ד עבור 4 שעות נוספות כדי לאפשר לביטוי חלבון. רמות ביטוי בדרך כלל בטווח שבין 10-20 מיקרוגרם של PlyC. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שביטוי החלבון הגיע למסקנה, לשלוף את צלחת ההעתק וגלול את החיידקים על ידי צבת צלחת microtiter 96 גם בצנטריפוגה בקירור שמכילה הרוטור נדנוד דלי שמתאים 96 צלחות microtiter כן. צנטריפוגה בסל&quot;ד 3000 למשך 10 דקות בטמפרטורת חדר.</li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את supernatant התקשורת על ידי לאט היפוך צלחת microtiter ועדינות decanting התקשורת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Lyse התאים על ידי הוספת 50 μl של B-PER מגיב הפקת חלבון בקטריאלי השני לכל באר. דגירה את הצלחת בטמפרטורת חדר למשך 20 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגבר את עוצמת קול בכל באר עד 120 μl ידי הוספת 70 μl של פוספט נאגר המלוח (PBS) pH 7.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גלולת הפסולת התאית המסיסה ידי ספינינג את הצלחת ב3000 סל&quot;ד למשך 10 דקות ב 4 ° C בצנטריפוגה בקירור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברת 110 μl של lysate הגולמי המסיס לבארות המקבילות של צלחת thermocycler 96 כן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות 30 דקות כזמן דגירה הקבועה מראש, לחשוף את lysates המסיס חיים כיום בצלחת גם thermocycler 96 לטווח טמפרטורה רחב המשתרע שיפוע 15-20 ° C. שים לב, המטרה היא לקבוע באיזה טמפרטורת אנזים מסוים מאבד&gt; 95% פעילות קטליטית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר דגירה, דגירה 96 גםצלחת thermocycler ב 4 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות ולהעביר 100 μl של lysates המסיס מצלחת thermocycler 96 גם למיקום הטוב המתאים להם ב96 הסופיים גם צלחת microtiter. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם multipipettor 12-ערוץ, להוסיף 100 μl של מתח גז D471 לכל באר. שים לב, D471 תאי lyophilized מקור מתרבויות הלילה וresuspended עם PBS pH 7.2 להשיג OD 600 של ~ 2.0. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מייד למקם את הצלחת גם 96 בספקטרופוטומטר microplate ולנטר את הקינטיקה האנזים על ידי מדידת OD 600 בכל 15 שניות במשך 20 דקות. דגירת הטמפרטורה הנמוכה ביותר שתואמות את הבארות שחסרו שינוי בצפיפות אופטית (ΔOD ≤ 0.1) מוגדרת כטמפרטורה שאינה מתירנית. </li></ol> לאחר מסך רחב טמפרטורה מבוצע כדי לזהות את טמפרטורת אוסרני, ניתן לחזור על השלבים שלעיל בטווח צר יותר של טמפרטורות (5 ° -10 ° C) להבהירטמפרטורת אוסרני המדויקת לאנזים של עניין. שימו לב, את טמפרטורת אוסרני זוהתה בבדיקה זו עשויה להיות שונה מטמפרטורת ההתכה הובהרה באמצעים אחרים בשל הבדלים בנפח, ריכוז, וכו &#39; 2. יצירת ספריית Mutant יצירת ספריית המוטציה שיוקרה באופן אקראי כרוכה בשילוב מוטציות ידי DNA פולימראז נוטה לטעות עם הטית נוקלאוטיד מינימאלית בגן plyCA באמצעות ערכת mutagenesis האקראית GeneMorph השנייה כדלקמן: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב פריימרים נוקלאוטיד עם טמפרטורות דומות נמסות (T מ &#39;) בין 55-72 המעלות צלזיוס עם אתרי ההגבלה של בחירה ב5&#39; ו 3 &#39;קצוות של גן plyCA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הואיל ושיעור המוטציה הרצויה הוא 2-3 נוקלאוטידים לplyCA (1.4 ק&quot;ג), השתמש בריכוזי PCR תגובת הרכיב, כמו גם את תנאי thermocycler המומלצים על ידי היצרן לו מוטציה נמוכהrequencies (0-4.5 לKB). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשבט את גני plyCA mutagenized לתוך וקטור הביטוי pBAD24. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפוך את המבנים לDH5α pBAD33: רקע plyCB וtransformants צלחת על צלחות אגרו LB עם אמפיצילין ותוספת chloramphenicol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בנוסף, ולהפוך את הצלחת DH5α pBAD33: plyCB עם וקטור הביטוי pBAD24 המכיל את גן plyCA WT. מושבות מצלחת זה תשמשנה את הבקרות במהלך הקרנה. </li></ol> 3. הכנת 96 ובכן Microtiter פלייט ותנאי צמיחת תאים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממלא כל היטב של צלחת microtiter 96 גם עם 200 μl של LB בתוספת עם אמפיצילין וchloramphenicol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעקבות הצלחת סכמטי microtiter (האיור 2b), בחר בזהירות מושבת פרט מהצלחות אגרו הלילה עם קיסם לעקר ולחסן את החיידקים במיועדים גם של 96 גם microtiter PLAטה. זה חיוני כדי להבטיח רק אחד למושבה גם היא מחוסנת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נער את צלחת microtiter גם המעוגנת היטב 96 ב 300 סל&quot;ד הלילה בשעת 37 ° C. </li></ol> 4. ציפוי Replica, אינדוקצית ביטוי חלבון והכנת lysate <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את השלבים 1.5-1.11 מהסעיף שכותרתו &quot;קביעת תנאי החימום האופטימליים&quot; עם שינוי אחד. אחסן את הצלחת המקורית ב 4 ° C לאחר שלב ציפוי ההעתק הגיע למסקנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר השלב 1.11, 110 μl העברת lysate הגולמי המסיס לבארות המקבילות של צלחת thermocycler 96 גם למעט השליטה החיובית הבארות A1-D1. אשר להתפתחות החיובית lysates הבקרה (lysates כלומר שאינם מחוממים), 100 μl העברת lysates לבארות המקבילות בצלחת חדשה 96 גם microtiter שתשמש כצלחת assay הסופית לניסוי והחנות על קרח. </li></ol> 5. טיפול בחום lysate מסיס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחמם את השליטה השלילית וlysates המסיס מוטציה מוגבלת כיום בצלחת thermocycler גם 96 בthermocycler למשך 30 דקות בטמפרטורת אוסרני הדגירה האופטימלית קבעה בשלב 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הדגרה בטמפרטורה שאינה מתירנית, דגירת צלחת thermocycler 96 גם ב 4 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברת 100 μl של lysates המסיס מצלחת thermocycler 96 גם כן למקומות שלהם, הזהים בצלחת הסופית 96 גם microtiter assay כבר מכילה את lysates מסיס הבקרה החיובית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם multipipettor 12-ערוץ, להוסיף 100 μl של מתח גז D471 לכל באר. מייד למקם את הצלחת בספקטרופוטומטר microplate. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פקח את הקינטיקה האנזים על ידי מדידת OD 600 בכל 15 שניות במשך 20 דקות. <ol class="lalpha" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גרסת PlyC עם התנהגות תרמית התקדמה מוגדרת כמבנה שיכול להקטין את הצפיפות האופטית המקורית של 50 אחוזים בפחות מ 900 שניות בטמפרטורת אוסרני. בנוסף, הפקדים החיוביים (כלומר שאינם מחומם, WT PlyC) צריכים להציג את הפעילות הקטליטית של WT (t 1/2 ≤ 100 שניות) והפקדים השליליים (כלומר מחומם, WT PlyC) צריכים להיות נטולי פעילות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שגרסת PlyC עם התקדמה התנהגות תרמית מזוהית, לשלוף את הצלחת המקורית מאוחסנת ב 4 ° C וחיידקים לחסן מהפרט היטב הספציפי למוטציה של עניין לתקשורת LB הטריה בתוספת עם אמפיצילין וchloramphenicol. לגדול בידוד לילה בשעת 37 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלץ ולטהר DNA פלסמיד מהתרבות ולאחר מכן להגיש עבור סידור על מנת לזהות את מוטציות שנוקלאוטיד להסיק התנהגות תרמית משופרת לPlyCA. בנוסף, להשלים aliquot קטן מתרבות הלילה עם גליצרול 10% ולאחסן ב -80 ° C לשימוש נוסף. </li></ol>

<ol>
	<li>Jackel, C., Kast, P., Hilvert, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+design+by+directed+evolution.">Protein design by directed evolution.</a> Annual review of biophysics. 37, 153-173 (2008).</li><li>Liu, L., Li, Y., Liotta, D., Lutz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+evolution+of+an+orthogonal+nucleoside+analog+kinase+via+fluorescence-activated+cell+sorting.">Directed evolution of an orthogonal nucleoside analog kinase via fluorescence-activated cell sorting.</a> Nucleic acids research. 37, 4472-4481 (2009).</li><li>Fischetti, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacteriophage+lysins+as+effective+antibacterials.">Bacteriophage lysins as effective antibacterials.</a> Curr. Opin. Microbiol. 11, 393-400 (2008).</li><li>Fischetti, V. A., Nelson, D., Schuch, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reinventing+phage+therapy:+are+the+parts+greater+than+the+sum.">Reinventing phage therapy: are the parts greater than the sum.</a> Nat. Biotechnol. 24, 1508-1511 (2006).</li><li>Loessner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacteriophage+endolysins--current+state+of+research+and+applications.">Bacteriophage endolysins--current state of research and applications.</a> Curr. Opin. Microbiol. 8, 480-487 (2005).</li><li>Nelson, D., Schuch, R., Chahales, P., Zhu, S., Fischetti, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PlyC:+A+multimeric+bacteriophage+lysin.">PlyC: A multimeric bacteriophage lysin.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 10765-10770 (2006).</li><li>Nelson, D., Loomis, L., Fischetti, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prevention+and+elimination+of+upper+respiratory+colonization+of+mice+by+group+A+streptococci+using+a+bacteriophage+lytic+enzyme.">Prevention and elimination of upper respiratory colonization of mice by group A streptococci using a bacteriophage lytic enzyme.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 4107-4112 (2001).</li><li>Filatova, L. Y., Becker, S. C., Donovan, D. M., Gladilin, A. K., Klyachko, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LysK,+the+enzyme+lysing+Staphylococcus+aureus+cells:+specific+kinetic+features+and+approaches+towards+stabilization.">LysK, the enzyme lysing Staphylococcus aureus cells: specific kinetic features and approaches towards stabilization.</a> Biochimie. 92, 507-513 (2010).</li><li>Varea, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+thermodynamic+characterization+of+Pal,+a+phage+natural+chimeric+lysin+active+against+pneumococci.">Structural and thermodynamic characterization of Pal, a phage natural chimeric lysin active against pneumococci.</a> J. Biol. Chem. 279, 43697-43707 (2004).</li><li>Sanz, J. M., Garcia, J. L., Laynez, J., Usobiaga, P., Menendez, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+stability+and+cooperative+domains+of+CPL1+lysozyme+and+its+NH2-+and+COOH-terminal+modules.+Dependence+on+choline+binding.">Thermal stability and cooperative domains of CPL1 lysozyme and its NH2- and COOH-terminal modules. Dependence on choline binding.</a> J. Biol. Chem. 268, 6125-6130 (1993).</li><li>Anderson, G., Scott, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+product+shelf+life+and+activation+energy+for+five+drugs+of+abuse.">Determination of product shelf life and activation energy for five drugs of abuse.</a> Clin. Chem. 37, 398-402 (1991).</li><li>Kim, G. J., Cheon, Y. H., Kim, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+evolution+of+a+novel+N-carbamylase/D-hydantoinase+fusion+enzyme+for+functional+expression+with+enhanced+stability.">Directed evolution of a novel N-carbamylase/D-hydantoinase fusion enzyme for functional expression with enhanced stability.</a> Biotechnol. Bioeng. 68, 211-217 (2000).</li><li>Koutsioulis, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+evolution+on+the+cold+adapted+properties+of+TAB5+alkaline+phosphatase.">Directed evolution on the cold adapted properties of TAB5 alkaline phosphatase.</a> Protein Eng. Des. Sel. 21, 319-327 (2008).</li><li>McCarthy, J. K., Uzelac, A., Davis, D. F., Eveleigh, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+catalytic+efficiency+and+active+site+modification+of+1,4-beta-D-glucan+glucohydrolase+A+from+Thermotoga+neapolitana+by+directed+evolution.">Improved catalytic efficiency and active site modification of 1,4-beta-D-glucan glucohydrolase A from Thermotoga neapolitana by directed evolution.</a> J. Biol. Chem. 279, 11495-11502 (2004).</li><li>Ren, C., Chen, T., Zhang, J., Liang, L., Lin, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+evolved+xylose+transporter+from+Zymomonas+mobilis+enhances+sugar+transport+in+Escherichia+coli.">An evolved xylose transporter from Zymomonas mobilis enhances sugar transport in Escherichia coli.</a> Microbial cell factories. 8, 66 (2009).</li><li>Tsuzuki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermostable+mutants+of+the+photoprotein+aequorin+obtained+by+in+vitro+evolution.">Thermostable mutants of the photoprotein aequorin obtained by in vitro evolution.</a> J. Biol. Chem. 280, 34324-34331 (2005).</li><li>Eijsink, V. G., Gaseidnes, S., Borchert, T. V., vanden Burg, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+evolution+of+enzyme+stability.">Directed evolution of enzyme stability.</a> Biomolecular engineering. 22, 21-30 (2005).</li><li>Kumar, S., Nussinov, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+do+thermophilic+proteins+deal+with+heat.">How do thermophilic proteins deal with heat.</a> Cell. Mol. Life Sci. 58, 1216-1233 (2001).</li><li>Hibbert, E. G., Dalby, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+evolution+strategies+for+improved+enzymatic+performance.">Directed evolution strategies for improved enzymatic performance.</a> Microb. Cell Fact. 4, 1475-2859 (2005).</li><li>Rasila, T. S., Pajunen, M. I., Savilahti, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+evaluation+of+random+mutagenesis+by+error-prone+polymerase+chain+reaction+protocols,+Escherichia+coli+mutator+strain,+and+hydroxylamine+treatment.">Critical evaluation of random mutagenesis by error-prone polymerase chain reaction protocols, Escherichia coli mutator strain, and hydroxylamine treatment.</a> Anal. Biochem. 388, 71-80 (2009).</li><li>Wong, T. S., Roccatano, D., Zacharias, M., Schwaneberg, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+statistical+analysis+of+random+mutagenesis+methods+used+for+directed+protein+evolution.">A statistical analysis of random mutagenesis methods used for directed protein evolution.</a> J. Mol. Biol. 355, 858-871 (2006).</li><li>Arnold, F. H., Wintrode, P. L., Miyazaki, K., Gershenson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+enzymes+adapt:+lessons+from+directed+evolution.">How enzymes adapt: lessons from directed evolution.</a> Trends in biochemical sciences. 26, 100-106 (2001).</li></ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

פרוטוקול זה, שמתואר באיור 1, מציג מתודולוגיה 96 גם microtiter צלחת שמאפשרת לנצל את האבולוציה מכוונת כדי להגדיל את thermostability של כל אנזים bacteriolytic. באמצעות השימוש בDNA פולימראז נוטה לטעות, אפשר להציג מוטציות אקראיות המגבירות את היציבות הקינטית הכוללת של המולקולה תורגמה bacteriolytic של עניין, שהוא בדרך כלל עקב ארגון מחדש מולקולרי המורכבים של הגדלה אלקטרוסטטית, גשר disulphide והידרופובי אינטראקציות שיוצרות השתפר אריזה מולקולרית, שינויים משופרים של רשתות או חיזוקה של מדינת oligomerization גבוהה 17-18 מטען על פני שטח. לאחר המבוא של מוטציות נוקליאוטידים, הליך מיון נרחב היה אז בשימוש לזיהוי מוטציות התרמית מועילות. התוצאות המייצגות מובאות בפרק זה מבוסס על אחד מסיבובי mutagenesis האקראי. במציאות, זה הוצע כילפחות שלושה סיבובים רצופים של mutagenesis האקראי, כל אחד באמצעות מוטציה החזקה ביותר כאנזים עופרת, ואחריו ה-DNA הדשדוש מתאים לסוגים אלה של מחקרי התנהגות תרמית מכוונת אבולוציה 2. חשוב להבין כי בעוד פרוטוקול זה מזהה מוטציות שלהגדיל יציבות קינטית, גרסות אלו אינן בהכרח הגדילו thermostability. מולקולה נחשבת thermostable כאשר יש לו את היכולת לשמור על המבנה שלו בטמפרטורה גבוהה. עם זאת, בבדיקה שהוצגה, הפעילות שיורית של lysates המוטציה אינה assayed באותה הטמפרטורה שהודגרו בתחילה בבמהלך שלב הטיפול בחום ובכך ניתן תהיה בחירה למוטציות שמקדמות refolding במקום thermostability המשופר 19. בעוד אנו חיוץ התנהגות תרמית כאינדיקציה ליציבות תרמית, יציבות תרמית אמיתית יש למדוד באופן אמפירי על ידי biophysשיטות פורמאליות, כגון החוזר dichroism (CD), calorimetry סריקת ההפרש (DSC) וfluorimetry סריקת ההפרש (DSF). נתונים ראשוניים מניסויי CD וDSF מראים כי מספר מועמדים שזוהו מהמתודולוגיה שהוצגה אכן להציג thermostability התקדם (מידע לא מוצג). למרות שהמתודולוגיה הוצגה כאן היא ספציפית ליישום התנהגות תרמית עלתה ל PlyC, אותה מתודולוגיה זו יכולה בנוסף להיות מועסקת על מנת לשפר את פעילות תרמית לאנזימי bacteriolytic אחרים עם כמה שינויים קלים למשתנים כגון מאגרים, שיעורי מוטציה, תנאי חימום ומערכות ביטוי. משתנה קריטי אחת קשור assay זה מתייחס לשיעור מוטציות נוקלאוטיד של DNA פולימראז המועדת לטעויות. אנחנו בחרנו להשתמש DNA פולימראז נוטה לטעות Mutazyme השני בassay האבולוציה המכוונת בשל ראיות ניסיוניות מציעות אנזים המסוים הזה מציג את הכמות המינימאלית של הטיה עםלגבי שנוקלאוטידים משולבים באופן אקראי לגן של עניין בהשוואה לטכניקות mutagenesis אקראיות אחרות, כגון שימוש בhydroxylamine, המוטטורי E. זני coli ו-DNA לשגיאות אחרות polyermases 20. באופן כללי, שיעורי מוטציה נוטים להיות נמוכים רצוי יותר משתי סיבות. ראשית, thermostability הנדסה לחלבונים בדרך כלל מורכב ממספר קטנות יחסית של חומצת אמינו החלפות. שיעורי מוטציה גבוהות עלולים לגרום לשינויים מבניים דרמטיים למולקולות מסוימות שיכול בודאות לגרום misfolding המבני ופערים פונקציונליים. לדוגמה, שילוב של גליצין ושאריות פרולין יכול לשבש את מבנים משניים אלפא סליל 21. שנית, שיעורים גבוהים נוקלאוטיד מוטציה להגדיל את הסיכוי של שילוב פגי קודונים ההפסקה, וכתוצאה מכך מולקולות חתוכות שפעילים מבחינה ביולוגית. באופן כללי, שיעורי מוטציה נמוכות עדיפים בגלל תוצאה נמוכה בשיעורי שגיאות accumulation של מוטציות מסתגלות תוך שיעורי מוטציה גבוהות יותר לייצר מוטציות ניטראליות או מזיקות 22. לכל סיבוב של mutagenesis האקראי, אחר משתנה קריטי שצריך לייעל כרוך טמפרטורת הדגירה המשמשת בתהליך המיון. בחירת הטמפרטורה הניסיונית אוסרני יחסית מאתגרת. בתחילה השתמשתי בטמפרטורת דגירה שהייתה 10 מעלות צלזיוס גבוהה יותר מאשר הטמפרטורה שאינה מתירנית של PlyC, אולם לאחר הקרנת 3000 מוטציות, לא הצליח לזהות את כל מוטציות יתרון. תזכור מתודולוגיות אבולוציה מכוונת מורכבות מזיהוי החלפות של חומצות אמיניות מועילות שיש השפעות תוסף ברצף, בו נקבע כי טמפרטורה פחות מחמירה צריכה לשמש במהלך תהליך המיון גם אם זה גדל סיכוי ליצירה מדומה חיוביים. ככזה, הייתי טמפרטורת דגירה שהייתה רק כמה מעלות מעל אינן permissטמפרטורת ive ומועמדים נבחרים rescreened כדי לשלול את השקר-החיובית. אנחנו החלטנו לנצל טמפרטורת דגירה שלא הייתה ממוזג מדי (≤ 1 ° C גבוה מהטמפרטורה הנמוכה ביותר שאינן מתירנית) ולהפך לא קשה מדי (≥ 5 ° C גבוה מטמפרטורה הנמוכה ביותר שאינן מתירנית). הטמפרטורה האידיאלית החלטנו להשתמש בבדיקה מסוימת זה הייתה 2 מתונים ° C הגבוה יותר מאשר טמפרטורת אוסרני קבע בניסוי. בחירת טמפרטורה כי הוא קל מדי תגרום לשיעור גבוה בהרבה מזיהוי חיובי כוזב ~ 20% שנצפינו (טבלת I) בעת שימוש בטמפרטורת דגירה מתונה. יתר על כן, שימוש בטמפרטורת דגירה שהיא חריף מדי יכול סופו של דבר לגרום לחוסר היכולת לזהות מוטציות עם התנהגות תרמית משופרת באופן משמעותי. לדוגמה, שימוש בטמפרטורת דגירה של ≥ 5 ° C היה מביא לחוסר היכולת לזהות אתמבטיח מוטצית 29C3 כמו גם רוב המועמדים האחרים שנבחרו בסיבוב הראשון של הקרנה. לסיכום, אנו מספקים פרוטוקול לאנזימי bacteriolytic הנדסיים לרכישת יציבות הקינטית משופרת. יתר על כן, אותו assay זה, בלי צעדי החימום, יכול לשמש מסך למוטציות שמגבירות את הפעילות הקטליטית. משלים גם פעילות וthermostability הקטליטי היא משוכה ההתפתחותי חשובה מול כל אנזים טיפולי. אמנם את הפרטים של פרוטוקול זה הם ספציפיים לendolysin PlyC, המתודולוגיה יכולה להיות מותאמת לכל אנזים bacteriolytic עם רק כמה שינויים. הצגנו תוצאות ראשוניות מרק הסיבוב הראשון של mutagenesis שמאמת את הפונקציונליות של assay, וכתוצאה מהיישום וזיהוי של מוטציות שיוצרות גידול בthermostability המולקולרי בסדר גודל משמעותי.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם המגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td></tr><tr><td> מגיב B-PER השני בקטריאלי חלבון חילוץ </td><td> Thermo Scientific </td><td> 78260 </td></tr><tr><td> ערכת mutagenesis אקראית GeneMorph השנייה </td><td> טכנולוגיות Agilent </td><td> 200500 </td></tr><tr><td> נקה 96 פלייט Microtiter ובכן, שטוח בעל תחתית עם מכסה </td><td> BD Vacutainer labware רפואי </td><td> 353072 </td></tr><tr><td> 96 צלחות PCR ובכן Nonskirted </td><td> הפישר סיינטיפיק </td><td> 14-230-232 </td></tr><tr><td> רוטור סווינג דלי </td><td> אפנדורף </td><td> -2-מחלקת מים וחשמל </td></tr><tr><td> מלח נתרן אמפיצילין </td><td> הפישר סיינטיפיק </td><td> BP1760 </td></tr><tr><td> Chloramphenicol </td><td> הפישר סיינטיפיק </td><td> BP904 </td&gt; </tr><tr><td> Arabinose </td><td> הפישר סיינטיפיק </td><td> BP2504 </td></tr><tr><td> וקטור הביטוי pBAD24 </td><td> ATCC </td><td> 87399 </td></tr><tr><td> וקטור הביטוי pBAD33 </td><td> ATCC </td><td> 87402 </td></tr></tbody></table>

a new screening method for the directed evolution of thermostable bacteriolytic enzymes

אבולוציה מכוונת מוגדרת כשיטה לרתום ברירה טבעית כדי להנדס חלבונים לרכישת נכסים מסוימים שאינם משויכים לחלבון בטבע. ספרות ספקה דוגמאות רבות לעניין ביצוע האבולוציה מכוונת לשנות הסגולי וקטליזה 1 מולקולרי בהצלחה. היתרון העיקרי של ניצול אבולוציה מכוונת במקום גישות רציונאליות מבוססות יותר להנדסה מולקולרית מתייחס להיקף והמגוון של זנים שונים שיכול להיות מוקרן 2. יישום אפשרי אחת של אבולוציה מכוונת כרוך בשיפור יציבות מבנית של אנזימי bacteriolytic, כגון endolysins. Bacteriophage לקודד ולהביע endolysins לhydrolyze קשר קוולנטי קריטי בpeptidoglycan (כלומר תא קיר) של חיידקים, וכתוצאה מתמוגה מארח תא ושחרור נגיפי צאצאים. יש לציין, אנזימים אלה בעלי היכולת extrinsically כדי לגרום לתמס susceptחיידקים ניכרו בו כלל בהעדר phage ויתר על כן אומתו היא במבחנת in vivo לפוטנציאל הטיפולי שלהם 3-5. נושא לימוד האבולוציה המכוונת כרוך endolysin PlyC, אשר מורכב מיחידות משנת PlyCA וPlyCB 6. כאשר מטוהר והוסיף extrinsically, holoenzyme PlyC lyses קבוצה סטרפטוקוקוס (גז), כמו גם קבוצות אחרות סטרפטוקוקלי בעניין של שניות ויתר על כן אומת in vivo נגד 7 גז. באופן משמעותי, ניטור קינטיקה אנזים שיורית לאחר דגירת טמפרטורה גבוהה מספק ראיות ברורות שPlyC מאבד פעילות מס בפתאומיות ב 45 מעלות צלזיוס, מה שמרמז חיים קצרים טיפוליים מדף, שעשוי להגביל את פיתוח נוסף של אנזים זה. מחקרים נוספים מגלים חוסר יציבות תרמית נצפה רק למקטע PlyCA, ואילו מקטע PlyCB יציב עד ~ 90 ° C (תצפית לא פורסם). בנוסף לPlyC, יש יםדוגמאות everal בספרות המתארות את האופי של thermolabile endolysins. לדוגמה, Staphylococcus aureus endolysin LysK וStreptococcus pneumoniae endolysins רב&quot;ט-1 ופאל מאבדים פעילות ספונטנית בגיל 42 מעלות צלזיוס, 43.5 מעלות צלזיוס ו50.2 ° C, בהתאמה 8-10. לפי משוואת ארהניוס, המספר את קצב תגובה כימית להווה הטמפרטורה במערכת המסוימת, עלייה בthermostability תהיה לתאם עם עלייה בתוחלת חיי מדף 11. לשם כך, אבולוציה מכוונת הוכחה להיות כלי שימושי לשינוי פעילות התרמית של מולקולות שונות בטבע, אך מעולם לא בטכנולוגיה המסוימת הזה נוצלה בהצלחה לחקר אנזימי bacteriolytic. כמו כן, חשבונות המוצלחים של התקדמות היציבות המבנית של הסוג המסוים הזה של antimicrobials לחלוטין אינם קיימים. בסרטון הזה, אנו מעסיקים מתודולוגיה חדשנית המשתמשת שגיאות יחסי ציבורDNA פולימראז אחד ואחרי תהליך סינון אופטימיזציה באמצעות פורמט צלחת microtiter גם 96 לזיהוי מוטציות למקטע PlyCA של endolysin סטרפטוקוקלי PlyC שתואמים לעלייה ביציבות הקינטית אנזים (איור 1). תוצאות לאחר רק סיבוב אחד של mutagenesis האקראי מציעות מתודולוגיה היא יצירת גרסות PlyC ששומרות יותר מפעמי פעילות שיורית בהשוואה לפרא מסוג (WT) PlyC לאחר טיפול טמפרטורה גבוהה.

בסיומו של הסיבוב הראשון של mutagenesis האקראי, למעלה מ -6,000 מוטציות PlyC הוקרנו וסך של 35 מוטנטים עם התנהגות תרמית גדלה פוטנציאל זוהו, נבחר ורוצף. ניתוח גנומי, המסוכם בטבלה אני, עולה כי מתוך 35 מועמדים, 7 מהמבנים הכלולים רצפי WT PlyCA ברמת תרגום, מקביל לחיוביים שגויות שזוהה על ידי השמאי. מתוך 28 מועמדים שנותרו, מגוון המוטציה היה 1-6 מוטציות נוקלאוטיד עם שיעור מוטציות ממוצעת של 2.75 נוקלאוטידים לplyCA גן, שהיה בטווח המוטציה נוקלאוטיד 2-3 היינו מיקוד. ברמת translational, טווח זה בפרט נוקלאוטיד מוטציה ותדירות הניבו מגוון מוטצית חומצת אמינו של 1 עד 5 חומצות אמינו, בשיעור ממוצע של 1.9 מוטצית מוטציות חומצת אמינו לPlyCA פוליפפטיד. מתוך 28 מועמדים בעלי mutat חומצה אמינית אחת לפחותיון, ארבעת מבנים מוטנטים אלה נבחרו באופן אקראי לאפיון נוסף כדי לאמת שתהליך המיון הנרחב של מתודולוגיה האבולוציה המכוונת אכן מתפקד כראוי. אנזימי PlyC המוטציה טוהרו ל&gt; הומוגניות 95% המבוססת על ניתוח SDS-PAGE כפי שתואר לעיל 6-7. קינטיקה של אנזימי WT PlyC וכל אחד מארבעת מוטנטים PlyC התאפיינו בריכוזים טוחנים שווים לאחר דגירת האנזימים המטוהרים בטמפרטורות גבוהות שונות. פעילות הייתה פיקוח לאחר התוספת של D471 גז על ידי מדידת הצפיפות האופטית ב 600 ננומטר כל 15 שניות במשך 20 דקות. פעילות הוגדרה כמהירות המרבית השייר של האנזים לאחר דגירת חום. מתוך ארבעה מועמדים שנבחרו באקראי לאפיון נוסף, המוטציה 29C3 הראה התנהגות התרמית המשופרת ביותר. התנהגות התרמית של WT PlyC ו29C3 נחקרה בטמפרטורות שונות תוך דוגרת וassaying לפעילות ב PBS pH 7.2 ב80 ננומטר ו40 ריכוזים ננומטר, בהתאמה. את 45-50 מעלות ניסויי דגירת C (איור 3) בוצעו בthermocycler בי הדגימות הודגרו בצלחת דקת דופן גם 96 thermocycler בהיקף כולל של 120 μl. 35 ° C, 40 ° C ו 45 ° C ניסויי דגירה (איור 4 ו 5) בוצעו בגוש חום שבו הדגימות הודגרו בצינור microcentrifuge מ&quot;ל 1.5 בנפח כולל של 1.3 מ&quot;ל. כל הניסויים בוצעו בtriplicates. WT PlyC ו29C3 לא הראו הבדל משמעותי ביציבות הקינטית בטמפרטורת חדר (25 מעלות צלזיוס) כפי שהוא מתואר במערכה הראשונה של ברים באיור 3. עם זאת, לאחר דגירה קצרת טווח למשך 30 דקות מטמפרטורות הנעות 45-50 ° C, פעילות 29C3 הייתה משמעותי יותר מהפעילות הספציפית לWT לבנות בכל נקודת טמפרטורה. לדוגמה, WT PlyC מוצג אובדן 44% בפעילות ב45.2מעלות צלזיוס ואילו 29C3 הראה רק ירידה של 2% בפעילות באותה הטמפרטורה. מחקרי דגירה ארוך טווח המשווים את הפעילות שיורית של שניהם WT PlyC ו29C3 בוצעו בנוסף על 35 ° C ו 40 ° C מעורב המדידה של פעילות שיורית לאחר 24 ו 48 נקודתי זמן hr. בגיל 35 מעלות צלזיוס, 29C3 מוצג 41% ופעילות 176% יותר מאשר WT PlyC ב24 ו 48 נקודתי hr דגירת זמן, בהתאמה (איור 4 א). בגיל 40 מעלות צלזיוס, 29C3 מוצג 28% ופעילות 107% גבוהה יותר מאשר WT PlyC ב24 ו 48 נקודתי hr דגירת זמן, בהתאמה (איור 4 ב). פעילות השייר של WT PlyC ו29C3 גם השגיחה על כל 20 דקות עבור סכום כולל של 3 שעות ב 45 ° C. WT PlyC, הצליח לשמור על פעילות 21% לאחר דגירת 3 שעות בטמפרטורה זו ואילו 29C3, הצליח לשמור על פעילות 46% בלבד. זמן מחצית החיים (t 1/2) לWT PlyC ו29C3 היו 67 ו147 דקות, בהתאמה, מציע<html> ing ש29C3 יש גידול של פי 2.2 ביציבות הקינטית ב45 ° C (איור 5). <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> 1 מועמדים עגולים סך </td><td> 35 </td></tr><tr><td> מועמדים בעלי רצף PlyCA WT </td><td> 7 </td></tr><tr><td> מועמדים בעלי ≥ מוטצית חומצת אמינו 1 </td><td> 28 </td></tr><tr><td> - ריבית ממוצעת מוטצית נוקלאוטיד (NT / plyCA) </td><td> 2.75 </td></tr><tr><td> - טווח מוטצית נוקלאוטיד (NT) </td><td> 1-6 </td></tr><tr><td> - ריבית הממוצעת מוטצית חומצת אמינו (AA / PlyCA) </td><td> 1.9 </td></tr><tr><td> - טווח מוטצית חומצת אמינו (AA) </td><td> 1-5 </td></tr></tbody></table> טבלת 1. ניתוח הגנום מאגר מועמדים. pload/4216/4216fig1highres.jpg &quot;/&gt; איור 1. המתודולוגיה assay אבולוציה מכוונת. באבולוציה מכוונת, אחד מתחילה עם אנזים העופרת, שיהיה PlyC WT לסיבוב הראשון. ספרייה של מוטציות המכילות מוטציות PlyC נוקלאוטיד משוחדות אקראיות לגן plyCA אז נבנה על ידי DNA פולימראז נוטה לטעות, משובטת לתוך וקטור הביטוי pBAD24 והפכה לE. coli להתאמץ DH5α כבר מכיל pBAD33:. plyCB transformants הבודד מחוסן לתוך ספציפי שלהם גם מצלחת microtiter 96 כן. דרך תהליך מיון מקיף, מוטנטים PlyC בודדים שcatalytically פעילים לאחר דגירה בטמפרטורה שאינה מותרת מסווגים כמוטנטים עם יציבות הקינטית משופרת. Theconstruct מציג התנהגות התרמית התקדמה ביותר וכתוצאה מכך הופכת את האנזים להוביל לסיבוב הבא של mutagenesis האקראי. בסך הכל, יש שלושה סיבובים מלאים של randoמ &#39;mutagenesis אחרי דשדוש DNA וכתוצאה ממולקולת bacteriolytic עם התנהגות תרמית התפתחה. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4216/4216fig1large.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4216/4216fig2.jpg" /> איור 2. 96 תבניות גם microtiter צלחת assay אבולוציה מכוונת. סכמטי צלחת microtiter במהלך קביעת תנאי החימום האופטימליים (איור 2a) מורכבת מinoculating שיבוט PlyC אחד הורי WT לכל שורה של צלחת microtiter. סכמטי צלחת microtiter במהלך הקרנת מוטציה (האיור 2b) מורכב מכל inoculating גם בעמודה 1 עם שיבוט WT הורי ייחודי PlyC כמו גם inoculating כל באר בעמודות 2-12 עם שיבוט מוטצית PlyC מובהק. הוולס A1-D1 מיועד לבקרה ההורית החיובית, אשר שיתוףnsist של WT PlyC בונה אינה חשוף לדגירת טמפרטורה שאינה מותרת. ולס E1-H1 מיועד לבקרה ההורית השלילית, שמורכבת ממבני WT PlyC כי הם חשופים לטמפרטורת דגירה שאינה מותרת. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/4216/4216fig3.jpg" /> איור 3. ניתוח שיורי פעילות הקינטית השוואת WT PlyC ו29C3. אנזימים טוהרו להומוגניות ודגר למשך 30 דקות בthermocycler בריכוזים טוחנים שווים בשתי טמפרטורת חדר או בשיפוע טמפרטורה הנע 45-50 ° C. פעילות האנזימטית בקורלציה עם המהירות המרבית מוצגת לאחר דגירת טמפרטורה מסוימת. למעט 25 מעלות צלזיוס ו47.7 מעלות צלזיוס, השינוי בפעילות בין WT ו29C3 בכל טמפרטורה המתואמת p-value &lt;0.05. כל הנתונים מדווחים כממוצע ± SEM של שלושה ניסויים עצמאיים. </p&gt; <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/4216/4216fig4.jpg" /> איור 4. ניתוח הקינטית פעילות שיורי השוואת WT PlyC ל29C3 ב 35 ° C ו 40 ° ריכוזים טוחנים שוויון ג המטוהרים WT PlyC ו29C3 הודגרו בחום בבלוק 35 ° C (איור 4 א) או 40 ° C (איור 4 ב). פעילות אנזים השיורים נמדדה ב 24 ו 48 נקודתי זמן hr. הפעילות מוצגת על ידי כל מבנה הייתה מנורמלת למהירות המרבית מוצגת בנקודת אפס זמן. הווריאציה בפעילות בין WT ו29C3 בכל נקודת זמן וטמפרטורה מתואמת p-value &lt;0.05. כל הנתונים מדווחים כממוצע ± SEM של שלושה ניסויים עצמאיים. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/4216/4216fig5.jpg" /> איור 5. ניתוח הקינטית פעילות שיורי השוואהWT PlyC ל29C3 ב 45 ° ריכוזים טוחנים שוויון ג המטוהרים WT PlyC ו29C3 הודגרו בחום בבלוק 45 ° C ופעילות אנזים השיורים נמדדה כל 20 דקות במשך 3 שעות. הפעילות מוצגת על ידי כל מבנה הייתה מנורמלת למהירות המרבית מוצגת בנקודת אפס זמן. למעט נקודתי הנתונים ב20 דקות, הווריאציה בפעילות בין WT ו29C3 בכל נקודת זמן בקורלציה לp-value &lt;0.05. כל הנתונים מדווחים כממוצע ± SEM של שלושה ניסויים עצמאיים.

Watch this Scientific Journal Video about A New Screening Method for the Directed Evolution of Thermostable Bacteriolytic Enzymes at JoVE.com

שיטת סינון חדשה לאבולוציה מכוונת של אנזימים בקטריאוליטיים עמידים בחום | אימונולוגיה וזיהום | וִידֵאוֹ

A New Screening Method for the Directed Evolution of Thermostable Bacteriolytic Enzymes

שיטת אבולוציה מכוונת רומן ספציפית לתחום הנדסת thermostability פותחה וכתוצאה מכך תוקפת לאנזימי bacteriolytic. לאחר סיבוב אחד בלבד של mutagenesis האקראי, אנזים bacteriolytic התפתח, PlyC 29C3, מוצג יותר מכפולה מפעילות שיורית בהשוואה לחלבון פרא מהסוג לאחר דגירת טמפרטורה גבוהה.

שיטת הקרנה חדשה לאבולוציה המכוונת של אנזימי Bacteriolytic Thermostable

Directed evolution is defined as a method to harness natural selection in order to engineer proteins to acquire particular properties that are not ...

a-new-screening-method-for-directed-evolution-thermostable

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Immunology and Infection

Evolution

Natural Selection

SCIENTISTS IN ACTION

17.8K Views.  University of Maryland. שיטת אבולוציה מכוונת רומן ספציפית לתחום הנדסת thermostability פותחה וכתוצאה מכך תוקפת לאנזימי bacteriolytic. לאחר סיבוב אחד בלבד של mutagenesis האקראי, אנזים bacteriolytic התפתח, PlyC 29C3, מוצג יותר מכפולה מפעילות שיורית בהשוואה לחלבון פרא מהסוג לאחר דגירת טמפרטורה גבוהה.

Video: A New Screening Method for the Directed Evolution of Thermostable Bacteriolytic Enzymes

Procedure for Adaptive Laboratory Evolution of Microorganisms Using a Chemostat

Natural evolution involves genetic diversity such as environmental change and a selection between small populations. Adaptive laboratory evolution (ALE) refers to the experimental situation in which evolution is observed using living organisms under controlled conditions and stressors; organisms are thereby artificially forced to make evolutionary changes. Microorganisms are subject to a variety of stressors in the environment and are capable of regulating certain stress-inducible proteins to increase their chances of survival. Naturally occurring spontaneous mutations bring about changes in a microorganism's genome that affect its chances of survival. Long-term exposure to chemostat culture provokes an accumulation of spontaneous mutations and renders the most adaptable strain dominant. Compared to the colony transfer and serial transfer methods, chemostat culture entails the highest number of cell divisions and, therefore, the highest number of diverse populations. Although chemostat culture for ALE requires more complicated culture devices, it is less labor intensive once the operation begins. Comparative genomic and transcriptome analyses of the adapted strain provide evolutionary clues as to how the stressors contribute to mutations that overcome the stress. The goal of the current paper is to bring about accelerated evolution of microorganisms under controlled laboratory conditions.

Here, we present a protocol to obtain adaptive laboratory evolution of microorganisms under conditions using chemostat culture. Also, genomic analysis of the evolved strain is discussed.

נוהל מסתגל מעבדת האבולוציה של מיקרואורגניזמים שימוש Chemostat

Natural evolution involves genetic diversity such as environmental change and a selection between small populations. Adaptive laboratory evolution (ALE) ...

Genetics

In Vitro Directed Evolution of a Restriction Endonuclease with More Stringent Specificity

Restriction endonuclease (REase) specificity engineering is extremely difficult. Here we describe a multistep protocol that helps to produce REase variants that have more stringent specificity than the parental enzyme. The protocol requires the creation of a library of expression selection cassettes (ESCs) for variants of the REase, ideally with variability in positions likely to affect DNA binding. The ESC is flanked on one side by a sequence for the restriction site activity desired and a biotin tag and on the other side by a restriction site for the undesired activity and a primer annealing site. The ESCs are transcribed and translated in a water-in-oil emulsion, in conditions that make the presence of more than one DNA molecule per droplet unlikely. Therefore, the DNA in each cassette molecule is subjected only to the activity of the translated, encoded enzyme. REase variants of the desired specificity remove the biotin tag but not the primer annealing site. After breaking the emulsion, the DNA molecules are subjected to a biotin pulldown, and only those in the supernatant are retained. This step assures that only ESCs for variants that have not lost the desired activity are retained. These DNA molecules are then subjected to a first PCR reaction. Cleavage in the undesired sequence cuts off the primer binding site for one of the primers. Therefore, PCR amplifies only ESCs from droplets without the undesired activity. A second PCR reaction is then carried out to reintroduce the restriction site for the desired specificity and the biotin tag, so that the selection step can be reiterated. Selected open reading frames can be overexpressed in bacterial cells that also express the cognate methyltransferase of the parental REase, because the newly evolved REase targets only a subset of the methyltransferase target sites.

Restriction endonucleases with new sequence specificity can be developed from enzymes recognizing a partially degenerate sequence. Here we provide a detailed protocol that we successfully used to alter the sequence specificity of NlaIV enzyme. Key ingredients of the protocol are the in vitro compartmentalization of the transcription/translation reaction and selection of variants with new sequence specificities.

האבולוציה בבימויו של הגבלת מגבלות על הגבלה עם ספציפיות יותר מחמירות

Restriction endonuclease (REase) specificity engineering is extremely difficult. Here we describe a multistep protocol that helps to produce REase ...

X-Ray Crystallography to Study the Oligomeric State Transition of the Thermotoga maritima M42 Aminopeptidase TmPep1050

The M42 aminopeptidases form functionally active complexes made of 12 subunits. Their assembly process appears to be regulated by their metal ion cofactors triggering a dimer-dodecamer transition. Upon metal ion binding, several structural modifications occur in the active site and at the interaction interface, shaping dimers to promote the self-assembly. To observe such modifications, stable oligomers must be isolated prior to structural study. Reported here is a method that allows the purification of stable dodecamers and dimers of TmPep1050, an M42 aminopeptidase of T. maritima, and their structure determination by X-ray crystallography. Dimers were prepared from dodecamers by removing metal ions with a chelating agent. Without their&#160;cofactor, dodecamers became less stable and were fully dissociated upon heating. The oligomeric structures were solved by the straightforward molecular replacement approach. To illustrate the methodology, the structure of a TmPep1050 variant, totally impaired in metal ion binding, is presented showing no further breakdown of dimers to monomers.

X-Ray Crystallography to Study the Oligomeric State Transition of the Thermotoga maritima M42 Aminopeptidase TmPep1050

This protocol has been developed to study the dimer-dodecamer transition of TmPep1050, an M42 aminopeptidase, at the structural level. It is a straightforward pipeline starting from protein purification to X-ray data processing. Crystallogenesis, data set indexation, and molecular replacement have been emphasized through a case of study, TmPep1050H60A H307A variant.

קריסטלוגרפיה רנטגן כדי ללמוד את המעבר המדינה אוליגומרית של Thermotoga maritima M42 Aminopeptidase TmPep1050

The M42 aminopeptidases form functionally active complexes made of 12 subunits. Their assembly process appears to be regulated by their metal ion ...

Biochemistry

Mutagenesis and Functional Selection Protocols for Directed Evolution of Proteins in E. coli

The efficient generation of genetic diversity represents an invaluable molecular tool that can be used to label DNA synthesis, to create unique molecular signatures, or to evolve proteins in the laboratory. Here, we present a protocol that allows the generation of large (>1011) mutant libraries for a given target sequence. This method is based on replication of a ColE1 plasmid encoding the desired sequence by a low-fidelity variant of DNA polymerase I (LF-Pol I). The target plasmid is transformed into a mutator strain of E. coli and plated on solid media, yielding between 0.2 and 1 mutations/kb, depending on the location of the target gene. Higher mutation frequencies are achieved by iterating this process of mutagenesis. Compared to alternative methods of mutagenesis, our protocol stands out for its simplicity, as no cloning or PCR are involved. Thus, our method is ideal for mutational labeling of plasmids or other Pol I templates or to explore large sections of sequence space for the evolution of activities not present in the original target. The tight spatial control that PCR or randomized oligonucleotide-based methods offer can also be achieved through subsequent cloning of specific sections of the library. Here we provide protocols showing how to create a random mutant library and how to establish drug-based selections in E. coli to identify mutants exhibiting new biochemical activities.

Mutagenesis and Functional Selection Protocols for Directed Evolution of Proteins in E. coli

Here we demonstrate a simple protocol to create a random mutant library for a given target sequence. We show how this method, which is performed in vivo in Escherichia coli, can be coupled with functional selections to evolve new enzymatic activities.

בחירת הפרוטוקולים mutagenesis ו פונקציונאלי אבולוציה מכוונת של חלבונים א coli</em

The efficient generation of genetic diversity represents an invaluable molecular tool that can be used to label DNA synthesis, to create unique molecular ...

Targeting Cysteine Thiols for in Vitro Site-specific Glycosylation of Recombinant Proteins

Stromal interaction molecule-1 (STIM1) is a type-I transmembrane protein located on the endoplasmic reticulum (ER) and plasma membranes (PM). ER-resident STIM1 regulates the activity of PM Orai1 channels in a process known as store operated calcium (Ca2+) entry which is the principal Ca2+ signaling process that drives the immune response. STIM1 undergoes post-translational N-glycosylation at two luminal Asn sites within the Ca2+ sensing domain of the molecule. However, the biochemical, biophysical, and structure biological effects of N-glycosylated STIM1 were poorly understood until recently due to an inability to readily obtain high levels of homogeneous N-glycosylated protein. Here, we describe the implementation of an in vitro chemical approach which attaches glucose moieties to specific protein sites applicable to understanding the underlying effects of N-glycosylation on protein structure and mechanism. Using solution nuclear magnetic resonance spectroscopy we assess both efficiency of the modification as well as the structural consequences of the glucose attachment with a single sample. This approach can readily be adapted to study the myriad glycosylated proteins found in nature.

Targeting Cysteine Thiols for in Vitro Site-specific Glycosylation of Recombinant Proteins

Biochemical and structural analyses of glycosylated proteins require relatively large amounts of homogeneous samples. Here, we present an efficient chemical method for site-specific glycosylation of recombinant proteins purified from bacteria by targeting reactive Cys thiols.

מכוונת ציסטאין תיולים במבחנה גליקוזילציה בייעודי לאתר של חומרים

Stromal interaction molecule-1 (STIM1) is a type-I transmembrane protein located on the endoplasmic reticulum (ER) and plasma membranes (PM). ER-resident ...

High Throughput Screening of Fungal Endoglucanase Activity in Escherichia coli

Cellulase enzymes (endoglucanases, cellobiohydrolases, and &beta;-glucosidases) hydrolyze cellulose into component sugars, which in turn can be converted into fuel alcohols1. The potential for enzymatic hydrolysis of cellulosic biomass to provide renewable energy has intensified efforts to engineer cellulases for economical fuel production2. Of particular interest are fungal cellulases3-8, which are already being used industrially for foods and textiles processing.
Identifying active variants among a library of mutant cellulases is critical to the engineering process; active mutants can be further tested for improved properties and/or subjected to additional mutagenesis. Efficient engineering of fungal cellulases has been hampered by a lack of genetic tools for native organisms and by difficulties in expressing the enzymes in heterologous hosts. Recently, Morikawa and coworkers developed a method for expressing in E. coli the catalytic domains of endoglucanases from H. jecorina3,9, an important industrial fungus with the capacity to secrete cellulases in large quantities. Functional E. coli expression has also been reported for cellulases from other fungi, including Macrophomina phaseolina10 and Phanerochaete chrysosporium11-12. 
We present a method for high throughput screening of fungal endoglucanase activity in E. coli. (Fig 1) This method uses the common microbial dye Congo Red (CR) to visualize enzymatic degradation of carboxymethyl cellulose (CMC) by cells growing on solid medium. The activity assay requires inexpensive reagents, minimal manipulation, and gives unambiguous results as zones of degradation (&#x201C;halos&#x201D;) at the colony site. Although a quantitative measure of enzymatic activity cannot be determined by this method, we have found that halo size correlates with total enzymatic activity in the cell. Further characterization of individual positive clones will determine , relative protein fitness. 
Traditional bacterial whole cell CMC/CR activity assays13 involve pouring agar containing CMC onto colonies, which is subject to cross-contamination, or incubating cultures in CMC agar wells, which is less amenable to large-scale experimentation. Here we report an improved protocol that modifies existing wash methods14 for cellulase activity: cells grown on CMC agar plates are removed prior to CR staining. Our protocol significantly reduces cross-contamination and is highly scalable, allowing the rapid screening of thousands of clones. In addition to H. jecorina enzymes, we have expressed and screened endoglucanase variants from the Thermoascus aurantiacus and Penicillium decumbens (shown in Figure 2), suggesting that this protocol is applicable to enzymes from a range of organisms.

High Throughput Screening of Fungal Endoglucanase Activity in Escherichia coli

We describe a low cost, high throughput method to screen for fungal endoglucanase activity in E. coli. The method relies on a simple visual readout of substrate degradation, does not require enzyme purification, and is highly scalable. This allows for the rapid screening of large libraries of enzyme variants.

הקרנת תפוקה גבוהה של פעילות Endoglucanase פטרייתיים ב Escherichia coli</em

Cellulase enzymes (endoglucanases, cellobiohydrolases, and &beta;-glucosidases) hydrolyze cellulose into component sugars, which in turn can be converted ...

Bacterial Peptide Display for the Selection of Novel Biotinylating Enzymes

Biotin is an attractive post-translational modification of proteins that provides a powerful tag for the isolation and detection of protein. Enzymatic biotinylation by the E. coli biotin-protein ligase BirA is highly specific and allows for the biotinylation of target proteins in their native environment; however, the current usage of BirA mediated biotinylation requires the presence of a synthetic acceptor peptide (AP) in the target protein. Therefore, its application is limited to proteins that have been engineered to contain the AP. The purpose of the present protocol is to use the bacterial display of a peptide derived from an unmodified target protein to select for BirA variants that biotinylates the peptide. The system is based on a single plasmid that allows for the co-expression of BirA variants along with a scaffold for the peptide display on the bacterial surface. The protocol describes a detailed procedure for the incorporation of the target peptide into the display scaffold, creation of the BirA library, selection of active BirA variants and initial characterization of the isolated BirA variants. The method provides a highly effective selection system for the isolation of novel BirA variants that can be used for the further directed evolution of biotin-protein ligases that biotinylate a native protein in complex solutions.

Here we present a method to select for novel variants of the E. coli biotin-protein ligase BirA that biotinylates a specific target peptide. The protocol describes the construction of a plasmid for the bacterial display of the target peptide, generation of a BirA library, selection and characterization of BirA variants.

התצוגה פפטיד בקטריאלי לבחירת הרומן הביוטילדירוג אנזימים

Biotin is an attractive post-translational modification of proteins that provides a powerful tag for the isolation and detection of protein. Enzymatic ...

Directed Evolution Method in Saccharomyces cerevisiae: Mutant Library Creation and Screening

Directed evolution in Saccharomyces cerevisiae offers many attractive advantages when designing enzymes for biotechnological applications, a process that involves the construction, cloning and expression of mutant libraries, coupled to high frequency homologous DNA recombination in vivo. Here, we present a protocol to create and screen mutant libraries in yeast based on the example of a fungal aryl-alcohol oxidase (AAO) to enhance its total activity. Two protein segments were subjected to focused-directed evolution by random mutagenesis and in vivo DNA recombination. Overhangs of ~50 bp flanking each segment allowed the correct reassembly of the AAO-fusion gene in a linearized vector giving rise to a full autonomously replicating plasmid. Mutant libraries enriched with functional AAO variants were screened in S. cerevisiae supernatants with a sensitive high-throughput assay based on the Fenton reaction. The general process of library construction in S. cerevisiae described here can be readily applied to evolve many other eukaryotic genes, avoiding extra PCR reactions, in vitro DNA recombination and ligation steps.

Directed Evolution Method in Saccharomyces cerevisiae: Mutant Library Creation and Screening

We present a detailed protocol to construct and screen mutant libraries for directed evolution campaigns in Saccharomyces cerevisiae.

בימוי שיטת אבולוציה<em&gt; שמר האפייה</em&gt;: יצירת ספריית Mutant והקרנה

Directed evolution in Saccharomyces cerevisiae offers many attractive advantages when designing enzymes for biotechnological applications, a process that ...

Multi-enzyme Screening Using a High-throughput Genetic Enzyme Screening System

The recent development of a high-throughput single-cell assay technique enables the screening of novel enzymes based on functional activities from a large-scale metagenomic library1. We previously proposed a genetic enzyme screening system (GESS) that uses dimethylphenol regulator activated by phenol or p-nitrophenol. Since a vast amount of natural enzymatic reactions produce these phenolic compounds from phenol deriving substrates, this single genetic screening system can be theoretically applied to screen over 200 different enzymes in the BRENDA database. Despite the general applicability of GESS, applying the screening process requires a specific procedure to reach the maximum flow cytometry signals. Here, we detail the developed screening process, which includes metagenome preprocessing with GESS and the operation of a flow cytometry sorter. Three different phenolic substrates (p-nitrophenyl acetate, p-nitrophenyl-&#946;-D-cellobioside, and phenyl phosphate) with GESS were used to screen and to identify three different enzymes (lipase, cellulase, and alkaline phosphatase), respectively. The selected metagenomic enzyme activities were confirmed only with the flow cytometry but DNA sequencing and diverse in vitro analysis can be used for further gene identification.

This work presents a method of high-throughput screening using a universal genetic enzyme screening system that can be theoretically applied to over 200 enzymes. Here, the single screening system identifies three different enzymes (lipase, cellulase, and alkaline phosphatase) by simply changing the substrate used (p-nitrophenyl acetate, p-nitrophenyl-&#946;-D-cellobioside, and phenyl phosphate).

הקרנה רב-אנזים באמצעות מערכת הקרנת אנזים הגנטי תפוקה גבוהה

The recent development of a high-throughput single-cell assay technique enables the screening of novel enzymes based on functional activities from a ...

<meta charset="utf8"></head><body>פרוטוקול אבולוציה ניסיוני להסתגלות תרמופילים באמצעות תרמומיקסרים בעלות נמוכה

Adaptation at the Extremes of Life: Experimental Evolution with the Extremophile Archaeon Sulfolobus acidocaldarius

The archaeon Sulfolobus acidocaldarius has emerged as a promising thermophilic model system. Investigating how thermophiles adapt to changing temperatures is a key requirement, not only for understanding fundamental evolutionary processes but also for developing S. acidocaldarius as a chassis for bioengineering. One major obstacle to conducting experimental evolution with thermophiles is the expense of equipment maintenance and energy usage of traditional incubators for high-temperature growth. To address this challenge, a comprehensive experimental protocol for conducting experimental evolution in S. acidocaldarius is presented, utilizing low-cost and energy-efficient bench-top thermomixers. The protocol involves a batch culture technique with relatively small volumes (1.5 mL), enabling tracking of adaptation in multiple independent lineages. This method is easily scalable through the use of additional thermomixers. Such an approach increases the accessibility of S. acidocaldarius as a model system by reducing both initial investment and ongoing costs associated with experimental investigations. Moreover, the technique is transferable to other microbial systems for exploring adaptation to diverse environmental conditions.

<meta charset="utf8"></head><body>מחבר זרקור: הבנת הסתגלות חיידקים באמצעות טכניקות חדשניות לחקר אבולוציה תרמופילית

Here, we present an experimental evolution protocol for adaptation in thermophiles utilizing low-cost, energy-efficient bench-top thermomixers as incubators. The technique is demonstrated through the characterization of temperature adaptation in Sulfolobus acidocaldarius, an archaeon with an optimal growth temperature of 75 &#176;C.

הסתגלות בקצוות החיים: אבולוציה ניסיונית עם הארכיאון הקיצוני Sulfolobus acidocaldarius

The archaeon Sulfolobus acidocaldarius has emerged as a promising thermophilic model system. Investigating how thermophiles adapt to changing temperatures ...

שיטת הקרנה חדשה לאבולוציה המכוונת של אנזימי Bacteriolytic Thermostable

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video