Protein engineering of esterases:climbing the protein fitness landscape

Luis da Silva Godinho beschrijft in zijn proefschrift hoe esterases afkomstig vanBacillus subtilisenEscherichia coligebruikt kunnen worden voor de synthese van een zuiver chiraal synthon; hetgeen van groot belang is voor de farmaceutische industrie. De ontwikkeling van een enzymatisch proces voor de kinetische resolutie van racemische 1,2-O-isopropylideneglycerol (IPG) esters is een van de grote uitdagingen in de biokatalyse. Het ideale enzym zal slechts de R-enantiomeer van de IPG ester hydrolyseren, resulterend in het optisch zuivere product (S)-IPG. Dit is een belangrijk chiraal synthon voor de vervaardiging van vele biologisch actieve verbindingen, zoals fosfolipiden enβ-adrenoceptor antagonisten. Esterases zijn zeer geschikt als biokatalysator dankzij een aantal aantrekkelijke eigenschappen, zoals een brede substraatspecificiteit, hoge stabiliteit, hoge enantioselectiviteit en de afwezigheid van cofactoren. Tijdens zijn onderzoek ontdekte Da Silva Godinho bij toeval het enzym YbfF, afkomstig van de bacterieE. coli. Dit enzym vertoont een hoge hydrolytische activiteit op IPG esters met de gezochte enantioselectiviteit. De eigenschappen van YbfF en het gebruik voor de synthese van (S)-IPG beschrijft hij in zijn proefschrift. ‘Protein engineering’ technieken, zoals het rationeel ontwerp of de gerichte evolutie van eiwitten, hebben het mogelijk gemaakt enzymen te verbeteren voor belangrijke praktische toepassingen. Da Silva Godinho creëerde nieuwe varianten van hetB. subtilusCesA esterase, die een verhoogde enantioselectiviteit vertonen in de resolutie van IPG-esters. Het ontwerp van deze nieuwe CesA varianten was geïnspireerd op een nauwgezette vergelijking met de substraatbindingsplaats van het verwante esterase CesB. Ook van het esterase YbfF zijn door hem verbeterde varianten geconstrueerd. In zijn proefschrift worden kinetische studies en ‘molecular docking’ experimenten beschreven die ons begrip voor de structuur-functie relatie van esterases en in het bijzonder de enantioselectiviteit sterk verbeteren