Lernen aus Protein‐Engineering durch Dekonvolution von Multi‐Mutationalen Enzymvarianten**

Abstract

AbstractDiese Übersicht analysiert eine Entwicklung in der Biochemie, Enzymologie und Biotechnologie, die ursprünglich als Überraschung betrachtet wurde. Nach der Etablierung der gerichteten Evolution stereoselektiver Enzyme in der organischen Chemie wurde das Konzept der partiellen oder vollständigen Dekonvolution selektiver multi‐mutationaler Varianten eingeführt. Frühe Dekonvolutionsexperimente von stereoselektiven Enzymvarianten führten zu der Erkenntnis, dass Mutationen kooperativ oder antagonistisch miteinander interagieren können, nicht nur additiv. Im letzten Jahrzehnt wurde dieses Phänomen als allgemeingültig nachgewiesen. In einigen Studien wurden molekulardynamische (MD) und quantenmechanische/ molekülmechanische (QM/MM) Berechnungen durchgeführt, um Licht auf den Ursprung der Nicht‐Additivität in allen Phasen eines evolutionären Aufstiegs zu werfen. Daten der vollständigen Dekonvolution können verwendet werden, um einzigartige mehrdimensionale, zerklüftete („rugged“) Fitness‐Pfad‐Landschaften experimentell zu konstruieren. Sie bieten mechanistische Einblicke, die sich von traditionellen Fitnesslandschaften erheblich unterscheiden. In einem verwandten Bereich haben Biochemiker lange das Ergebnis der Einführung von zwei Punktmutationen in einem Enzym aus mechanistischen Gründen getestet, gefolgt von einem Vergleich mit der entsprechenden Doppelmutante in sogenannten Doppelmutanten‐Zyklen, die ursprünglich nur additive Effekte zeigten. In jüngerer Zeit wurden auch hier kooperative und antagonistische nicht‐additive Effekte aufgedeckt. Wir schließen mit Vorschlägen für zukünftige Arbeiten und fordern ein einheitliches Gesamtbild von Nicht‐Additivität und Epistasis.