Diseño asistido por ordenador para mejorar la tolerancia de la transaminasa ω-amina frente al metanol como cosolvente

Área de la Ciencia:

• Biocatálisis
• Ingeniería de enzimas
• Biotecnología industrial

Sus antecedentes:

• La estabilidad de las enzimas en los disolventes orgánicos es un obstáculo importante en la biotecnología industrial.
• Los disolventes orgánicos ofrecen beneficios para la catálisis enzimática, pero pueden inactivar las enzimas.
• La transaminasa ω-amina tolerante al metanol es necesaria para la producción de aminas (R) quirales.

Objetivo del estudio:

• Mejorar la actividad y la tolerancia al metanol de la transaminasa ω-amina de Aspergillus terreus (AtATA) para la síntesis de aminas (R) quirales.
• Identificar mutaciones clave que confieran propiedades enzimáticas mejoradas utilizando métodos computacionales y evolución dirigida.
• Para validar el rendimiento de la enzima diseñada en una reacción a escala.

Principales métodos:

• La evolución dirigida asistida por computadora se utilizó para identificar posibles sitios de mutación.
• Se generó y caracterizó la variante combinatoria M4 (AtATA-T23I/E117V/T200G/Q294K).
• Se realizaron simulaciones de dinámica molecular para comprender el mecanismo de la mayor resistencia al metanol.
• Se evaluó la actividad enzimática, la semivida en el metanol al 30% y la conversión a gran escala.

Principales resultados:

• La variante M4 de ingeniería exhibió una actividad catalítica 19,0 veces mayor y una vida media 3,5 veces más larga en metanol al 30% en comparación con el AtATA de tipo salvaje.
• Las simulaciones de dinámica molecular revelaron una reducción de la ocupación de metanol en la bolsa de unión al sustrato y un aumento de la hidrofobia como factores clave para mejorar la tolerancia.
• En un experimento a escala de 50 ml, la conversión de sustrato aumentó del 29,1% al 76,7% con un exceso enantiomérico de >99% para la (R) - ((+) - ((1-naftilo) etilamina.

Conclusiones:

• La variante de ingeniería AtATA M4 demuestra una actividad significativamente mejorada y tolerancia al metanol.
• Los enfoques computacionales y experimentales identificaron con éxito mutaciones que mejoran el rendimiento de las enzimas en disolventes orgánicos.
• Esta enzima de ingeniería es muy prometedora para la producción eficiente y escalable de aminas (R) quirales.