Discovery and Characterization of Novel Halogenases from the Human Microbiome
来自人类微生物组的新型卤化酶的发现和表征
基本信息
- 批准号:10360052
- 负责人:
- 金额:$ 42.47万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-09-15 至 2024-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AgrochemicalsAromatic CompoundsBacteriaBiochemistryBioinformaticsBrainBromineCellsChemicalsChemistryCommunicationCommunitiesCouplingCrystallizationDataEnzymatic BiochemistryEnzymesEscherichia coliExhibitsFamily memberFlavinsGastrointestinal tract structureGenesGoalsHumanHuman MicrobiomeImmunityIndolesInvestigationIodination reactionMetabolismMicrobeOpen Reading FramesOrganic SynthesisOutcomePathway interactionsPharmacologic SubstancePhysiological ProcessesPlayPreparationProcessProkaryotic CellsProteinsReactionRecombinantsResearchResearch PersonnelRoentgen RaysRoleSamplingShotgun SequencingSkinSoilStructureStudentsSystemTimeTissuesTraining ProgramsTransition ElementsTryptophanX ray diffraction analysisaryl halidebasebioinformatics toolchlorinationcohortdata miningdesignexhaustionexperimental studyfungusgene producthalogenationhuman tissueimprovedinsightinterestmembermetagenomemicrobialmicrobiomemicroorganismnovelpublic health relevancescaffoldstructural biologyundergraduate student
项目摘要
PROJECT SUMMARY/ABSTRACT
Flavin-dependent halogenases (FDHs) are biosynthetic enzymes from bacteria and fungi
that catalyze regioselective C-X bond formation (X=Cl, Br, I) with various aromatic substrates.
Their regioselectivity and environmentally friendly reaction conditions make FDHs attractive
candidates for green synthesis of aryl halides to be used in transition metal catalyzed cross-
coupling reactions. The proposed project will expand our understanding of regioselective aryl
halide formation by FDHs through the identification and structural and enzymatic characterization
of novel members of this family of enzymes, expanding the FDH toolkit by adding new members
with different substrate and halide selectivities to the currently characterized enzymes.
In Aim 1 of this project, we will fully characterize the extended substrate scope of AbeH
and BorH, two FDHs from soil bacteria metagenomes that we have shown can chlorinate and
brominate tryptophan to produce two different regioisomers. Aims 2 and 3 are based on our
hypothesis that FDHs are also produced by the bacteria of the human microbiome, where they
could potentially generate secondary metabolites that play a role in chemical communication
between bacteria and human cells. This hypothesis is supported by the fact that a simple
bioinformatic search of three sequence files from human microbiome metagenome shotgun
sequencing projects yielded five ORFs predicted to encode novel FDHs. Preliminary
investigations of the first of the five hypothetical FDH genes has verified that it encodes a protein
with the ability to halogenate indole. Aim 2 will involve the full characterization of the enzymatic
activity, substrate and halide scope, and crystal structures of these five putative microbiome
FDHs. Aim 3 will establish a training program in bioinformatics, enzymology, and structural
biology for undergraduate biochemistry majors, who will mine human microbiome metagenome
sequences for additional putative FDH genes, express and purify the gene products in E. coli,
and characterize their structures and activities.
项目概要/摘要
黄素依赖性卤化酶 (FDH) 是来自细菌和真菌的生物合成酶
催化与各种芳香族底物形成区域选择性 C-X 键(X=Cl、Br、I)。
其区域选择性和环境友好的反应条件使 FDH 具有吸引力
用于过渡金属催化交叉反应的芳基卤化物绿色合成的候选者
偶联反应。拟议的项目将扩大我们对区域选择性芳基的理解
通过鉴定、结构和酶表征,FDH 形成卤化物
该酶家族的新成员,通过添加新成员来扩展 FDH 工具包
对目前表征的酶具有不同的底物和卤化物选择性。
在该项目的目标1中,我们将全面表征AbeH的扩展底物范围
和 BorH,我们已经证明来自土壤细菌宏基因组的两个 FDH 可以氯化和
溴化色氨酸产生两种不同的区域异构体。目标 2 和 3 基于我们
假设 FDH 也是由人类微生物组的细菌产生的,它们在那里
可能会产生在化学通讯中发挥作用的次生代谢物
细菌和人体细胞之间。这个假设得到了以下事实的支持:一个简单的
人类微生物组宏基因组霰弹枪三个序列文件的生物信息搜索
测序项目产生了 5 个 ORF,预计可编码新型 FDH。初步的
对五个假设的 FDH 基因中第一个的研究已证实它编码一种蛋白质
具有卤化吲哚的能力。目标 2 将涉及酶促反应的完整表征
这五个假定微生物组的活性、底物和卤化物范围以及晶体结构
外佣。目标 3 将建立生物信息学、酶学和结构学方面的培训计划
本科生物化学专业的生物学,谁将挖掘人类微生物组宏基因组
其他假定的 FDH 基因的序列,在大肠杆菌中表达和纯化基因产物,
并描述其结构和活动的特征。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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