Universitet 2018 – fira med oss

Utskrift från Malmö universitets webbplats www.mah.se

Neutron scattering and selective deuteration for elucidating how lipids regulate metabolon formation

Contact person: Marite Cardenas
Responsible: Marite Cardenas
Partner: Tomas Laursen, Copenhagen University Martin Andersson, Chalmers Technical University
Funding: Vetenskapsrådet
Timeframe: 2019-01-01 -- 2022-12-31
Research programme: Biofilms Research Center for Biointerfaces
Faculty/Department: Faculty of Health and Society, The Department of Biomedical Science
Subject: Naturvetenskap

Most pharmaceutical compounds, colors and flavors are isolated from plants today. These valuable compounds are biosynthetised by a series of enzyme complexes that work in a concerted action. The assembly of such enzyme complexes, also called metabolons, facilitates the direct transfer of substrate between sequential enzymes, thereby, enhancing substrate channeling and prevent leakage of toxic or labile intermediates and metabolic cross-talk.

Extracting pure products from plats constitutes a great industrial and societial challenge, since they exist in low amounts and as a part of complex mixtures of other potentially toxic compounds. Organic synthesis in the lab is sometimes not possible or too expensive, therefore the bioengenieering of moss and microorganism to express biosynthetic pathways for large-scale production of such compounds has been proposed lately. Since little knowledge exists on the conditions required for metabiolon assembly and dissasembly, there is a risk of release of undesired intermediates due to imperfect enzymatic channeling.

Here, we will dissect the mechanisms by which plants guide the assembly of multi-enzyme complexes. We will use synthetic biology and neutron scattering to map the lipid-protein interactions that control the formation of thedhurrin metabolon, as a model system. This will enable rational enzyme design for improving the organization and stability of metabolons in heterologous hosts to boost the production of bioactive compounds.

Beskrivning på svenska

Många farmaceutiska substanser, färgämnen och smakämnen isoleras idag från växter. Dessa värdefulla substanser biosyntetiseras av en serie av enzymer, som bildar en enzymkomplex för att kunna arbeta tillsammans. Sådana sammansatta enzymkomplex kallas också för metaboloner. Metaboloner underlättar direkt överföring av substrat mellan sekventiella enzymer, så kallad substrat channeling. Substrat channeling förhindrar därmed läckage av toxiska eller labila intermediat och metabol cross-talk.

Att extrahera rena produkter från växter utgör dock en enorm industriell och samhällelig utmaning, eftersom de förkommer i låga koncentrationer och som del av komplexa blandningar med andra, potentiellt toxiska, substanser. Organisk syntes i laboratorium är ibland inte möjligt eller alltför dyrt, och därför har bioteknisk modifiering av mossa och mikroorganismer föreslagits på senare tid. De modifierade mikroorganismer kan då uttrycka biosyntetiska syntesvägar för storskalig produktion av sådana substanser i kontrollerade form till exempel i bioreaktorer. Eftersom endast lite kunskap existerar om de förhållanden som krävs för bygga ihop eller ta isär metaboloner, finns det en risk för frisättning av oönskade intermediat på grund av imperfekt substrat channeling.

Här kommer vi att analysera den mekanism via vilken växter styr skapandet av metaboloner. Vi kommer att använda syntesbiologi och neutronspridning för att kartlägga de lipid-protein interaktioner som kontrollerar skapandet av dhurrin metabolonen. Dhurrin metabolon är en perfekt modellsystem eftersom den är uppbyggt av bara 4 proteiner som kan produceras rekombinant i stor mängd för våra studier. Genom att manipulera sekvensen och konformationen för varje individuellt enzym, och genom att använda selektiv deuterering av lipider och proteiner kommer vi att kartlägga de lipid-protein interaktioner som driver ihopsättandet och isärtagandet av dhurrin metabolonen. Detta kommer att möjliggöra rationell enzym-design för att förbättra organisationen och stabiliteten hos metaboloner i heterologa värdsystem, för att öka produktionen av bioaktiva substanser.

Senast uppdaterad av Charlotte Löndahl Bechmann