GRM2 tipa bakteriālo mikrokompartmentu daļiņu raksturojums

Abstract

Bakteriālie mikrokompartmenti (BMC) ir baktēriju organellas, kas iepako enzīmus proteīnu čaulā. Šī darba mērķis bija analizēt iespējas GRM2 tipa BMC iepakot heterologus enzīmus, kā arī apskatīt rekombinanti producētu BMC čaulas īpašības. Šajā darbā Klebsiella pneumoniae GRM2 tipa BMC čaulā tika testēta trīs Zymomonas mobilis etanolģenēzes enzīmu iepakošana kā starpnieku izmantojot natīvo CutC holīna liāzes enzīmu un SpyTag/SpyCatcher adhezīnu sistēmu. Veikta arī bakteriālo mikrokompartmentu čaulas analīze ar cryo-EM. Darba ietvaros veikts konstruktu dizains, proteīnu ekspresija, attīrīšana, un analīze ar TEM un cryo-EM. Rezultāti liecina par zemu iepakošanas efektivitāti, ja kā mediators izmantots raksturenzīms holīna liāze. Ievērojami labākus rezultātus sniedza permutēta čaulas proteīna un SpyTag/SpyCatcher adhezīnu sistēmas izmantošana. Pēc cryo-EM analīzes aprēķinātas sešas BMC čaulas struktūras ar izšķirtspēju no 6,6 līdz22,2 Å, liecinot par BMC formu daudzveidību. Darbs izstrādāts Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centrā Dr. biol. Ginta Kalniņa vadībā.

Bacterial microcompartments (BMCs) are bacterial organelles able to encapsulate enzymes into protein shell. The goal of this study was to analyse the properties of recombinant BMC shells and explore encapsulation mechanisms of heterologous cargo in GRM2 BMCs. As a result, three ethanologenesis enzymes from Zymomonas mobilis were encapsulated in Klebsiella pneumoniae GRM2 BMC shells using SpyTag/SpyCatcher adhesin system. Also, BMCs were analyzed with cryo-EM. The study involved design of constructs, expression and purification of proteins and BMC analysis in TEM and cryo-EM. Results suggest low encapsulation rate when using signature enzyme CutC. Significantly higher encapsulation rate is observed when permutated shell protein is used. From cryo-EM analysis six shell structures were solved with 6.6-22.2 Å resultion, representing the shape diversity of BMCs. Study was performed in Latvian Biomedical Research and Study Centre under supervision of Dr.biol. Gints Kalniņš.