Evolución dirigida de rendimiento ultraalto de enzimas degradantes de polímeros utilizando la pantalla de levadura

Área de la Ciencia:

• Biotecnología
• La bioquímica
• Ciencias de los Polímeros

Sus antecedentes:

• La degradación enzimática de polímeros sintéticos ofrece un enfoque sostenible para el reciclaje de plástico.
• La evolución dirigida es crucial para mejorar la actividad enzimática en sustratos no naturales como los plásticos.
• Los métodos de cribado existentes para la evolución de las enzimas tienen un rendimiento limitado, lo que dificulta el descubrimiento rápido.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una plataforma de alto rendimiento para la evolución dirigida de las enzimas degradantes del plástico.
• Aumentar significativamente la capacidad de cribado para la identificación de variantes enzimáticas mejoradas.
• Mejorar la eficiencia de la despolimerización del tereftalato de polietileno (PET).

Principales métodos:

• Display de superficie de levadura utilizado para presentar mutantes de enzimas individuales en las células de levadura.
• Se utilizó un ensayo basado en la fluorescencia para detectar la actividad enzimática al escindirse una sonda de polímero sintético.
• Se utilizó la clasificación celular activada por fluorescencia (FACS) para el aislamiento de alto rendimiento de mutantes activos.
• Se realizó la secuenciación del ADN para identificar mutaciones beneficiosas en la evolución dirigida de la cutinasa del compost de hojas y ramas (LCC).

Principales resultados:

• Desarrolló una plataforma capaz de detectar más de 10^7 mutantes enzimáticos, un aumento de 3 órdenes de magnitud con respecto a los métodos anteriores.
• Se han identificado mutaciones que mejoran sustancialmente la cinética de degradación de las películas sólidas de PET por la enzima LCC.
• Los ensayos bioquímicos y las simulaciones de dinámica molecular indicaron que la mutación H218Y mejora la unión enzima-sustrato al PET.

Conclusiones:

• La plataforma de visualización de la superficie de la levadura acelera dramáticamente el descubrimiento y la optimización de las enzimas degradantes de polímeros.
• Este enfoque permite la identificación de variantes enzimáticas con una actividad significativamente mejorada en sustratos sólidos de plástico.
• La plataforma desarrollada es muy prometedora para el avance de tecnologías de reciclaje de plástico respetuosas con el medio ambiente.