- •Основы биотехнологии и бимедицины
- •Задачи белковой инженерии
- •Свойства ферментов, важные для биотехнологии
- •Две стратегии современной белковой инженерии
- •При рациональном редизайне необходимо изменять конкретные аминокислотные остатки в белке:
- •Направленный мутагенез с использованием ПЦР и перекрывающих ся праймеров (Overlap extension PCR)
- •Направленный мутагенез с использованием ПЦР и перекрывающихся праймеров
- •Направленный мутагенез по методу Кункеля
- •Мегапраймер
- •Кассетный
- •Введение неприродных аналогов аминокислот в белки in vitro
- •Стратегия проведения направленной эволюции макромолекул
- •Способы введения случайных мутаций
- •Два способа случайного объединения гомологичных мутантных фрагментов ДНК (DNA shuffling)
- •Удлинение ДНК с переменой матриц (Staggered Extension Process - StET)
- •Объединение фрагментов генов, независимое от гомологии
- •Ландшафт функциональности среди пространства последовательностей белковых молекул.
- •Ландшафт функциональности среди пространства последовательностей белковых молекул.
- •Ландшафт функциональности среди пространства последовательностей белковых молекул.
- •Ландшафт функциональности среди пространства последовательностей белковых молекул.
- •Эволюционные способы достижения
- •Последствия мутагенеза
- •Перемещение по пространству
- •Локализация мутаций в полипептидных цепях ферментов при разной направленности отбора
- •Методы отбора белков при их направленной эволюции:
- •цикл
- •Сборка капсида нитевидного бактериофага
- •Заражен
- •Отбор пептидов из библиотеки методом фагового дисплея
- •Бактериальный дисплей (E. coli)
- •Получение T7-РНК-
- •Система непрерывной
- •мРНК-дисплей
- •Соединение строящегося полипептида с мРНК
- •Получение экстремозима (субтилизин S41) методом направленной эволюции
- •Разработаны индустриальные ферменты, стабильные при 60 С в присутствии органических растворителей с измененной
- •Распознавание ДНК TAL-эффекторами
- •Рекомбинантный химерный белок TALEN для адресной доставки нуклеазы к ДНК дрожжей
- •Биоинформатика становится интегральной частью белковой инженерии
- •В направленной эволюции должно быть
Отбор пептидов из библиотеки методом фагового дисплея
Бактериальный дисплей (E. coli)
Разработан также для грамположительных бактерий и дрожжей
Получение T7-РНК-
полимеразы, узнающей новый промотор
SP-плазмида кодирует все белки фага M13 кроме |
pI |
pIII, а также мутантную T7-РНК-полимеразу |
II |
Если мутантная T7-РНК-полимераза узнает промотор на AP-плазмиде, то синтезируется недостающий белок pIII и образуются жизнеспособные фаговые частицы, способные заражать новые клетки
Система непрерывной
направленной эволюции биомолекул
MP – мутагенизирующая плазмида, AP – плазмида с геном, комплементирущим мутацию у фага (белок pIII), SP – фаговый генóм с селектируемым геном
мРНК-дисплей
Новый цикл |
Р - пуромицин |
ПЦР с ошибками |
Соединение строящегося полипептида с мРНК
Пуромицин
ДНК- линкер
мРНК
Пуромицин
Пуромицин проникает в пептидил- трансферазный центр рибосомы и соединяется с синтезируемым белком
Белок
Получение экстремозима (субтилизин S41) методом направленной эволюции
Остаточная активность
Комнатная |
Высокая т- |
т-ра |
ра |
|
7 замен АК |
2 замены АК
Исходно
взят
субтилизин
антарктиче
ской
бактерии
(психрофил
)Исходные клоны (дикий тип)
Ar - оставшаяся активность Ai - начальная активность
Разработаны индустриальные ферменты, стабильные при 60 С в присутствии органических растворителей с измененной субстратной специфичностью, катализирующих реакции, не
происходящие в природе Раньше разрабатывали
производственный процесс под имеющиеся ферменты
Теперь создают (конструируют) ферменты, удовлетворяющие требованиям производственного процесса
Распознавание ДНК TAL-эффекторами
В повторах длиной 34 а.о. в положениях 12 и 13 имеются два вариабельных а.о. (repeat-variable di-residue (RVD)), которые участвуют в распознавании нуклеотидов ДНК
N – Asn, D – Asp, G – Gly, I - Ile