Úloha chinoproteinů v mikrobiálním metabolismu sirných sloučenin

Bc. Matěj Masař

Master's thesis

The role of quinoproteins in microbial sulfur metabolism

Abstract:

Poznatky o metabolismu acidofilních sirných bakterií úzce souvisejí s jejich využitím v biotechnologické těžbě a recyklaci kovů. V komplexním metabolismu sirných látek se zdají být důležité chinoproteiny, jež patří do čtyř skupin různých enzymů, které mají kofaktory obsahující chinony. Pyrrolochinolinchinon není kovalentně vázán a je kofaktorem několika bakteriálních dehydrogenas. Tyto dehydrogenasy se nacházejí v periplasmě Gram-negativních bakterií. Zvýšená exprese neznámé dehydrogenasy chinoproteinového typu u acidofilní bakterie Acidithiobacillus ferrooxidans rostou-cích na síře a strukturní podobnost s tetrathionanhydrolasou naznačuje potenciální funkci v metabolismu sirných sloučenin. V této práci byla připravena rekombinantní dehydrogenasa chinonového typu, která byla produkována v různých expresních systémech. Ačkoliv byla v bakteriálním expresním systému produkována rozpustná forma, převažovala tvorba inkluzních tělísek. V kvasinkovém expresním systému nebyla extracelulární produkce dostatečně prokázána. Rekombinantní dehydrogenasa chinonového typu byla částečně purifikována a charakterizována pomocí kombinace různých chromatografických metod. Přesto bude v budoucnu nutné optimalizovat metody renaturace rekombinantního proteinu z inkluzních tělísek do aktivní formy pro strukturně funkční studium katalytických vlastností tohoto enzymu.

Abstract:

Knowledge about the metabolism of acidophilic sulfur-oxidizing bacteria is closely related to their use in biotechnological metal mining and recycling. Quinoproteins, which belong to four different enzyme groups with quinone-containing cofactors, appear important in complex sulfur compound metabolism. Pyrroloquinoline quinone is not covalently bound and is a cofactor of several bacterial dehydrogenases. These dehydrogenases are found in the periplasm of Gram-negative bacteria. The increased expression of an unknown quinoprotein-type dehydrogenase in the acidophilic sulfur-oxidizing Acidithiobacillus ferrooxidans and its structural similarity to tetrathionate hydrolase suggest a potential function in the metabolism of sulfur compounds. In this work, a recombinant quinone-type dehydrogenase was prepared and produced in different expression systems. Although the soluble form was produced in the bacterial expression system, the formation of inclusion bodies was predominant. In the yeast expression system, an extracellular production was not sufficiently demonstrated. The recombinant quinone-type dehydrogenase was purified and characterized by combining different chromatographic methods. Nevertheless, future optimization of processes for the renaturation of the recombinant protein from inclusion bodies to the active form will be necessary for a structure-functional study of the catalytic properties of this enzyme.

Keywords

Acidithiobacillus ferrooxidans, Heterologní exprese, Rekombinantní protein, Příkrmová vsádková kultivace, PQQ, Chinoprotein, Dehydrogenasa, Sirný metabolismus, Heterologous expression, Recombinant protein, Fed-batch culture, Quinoprotein, Dehydrogenase, Sulfur metabolism

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 5. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 28. 6. 2023
• Supervisor: Mgr. Jiří Kučera, Ph.D.
• Reader: Mgr. Vojtěch Sedláček, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biotechnology / Biotechnology