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A New Screening Method for the Directed Evolution of Thermostable Bacteriolytic Enzymes

Directed evolution is defined as a method to harness natural selection in order to engineer proteins to acquire particular properties that are not ...

Bacteriophages deploy lysins that degrade the bacterial cell wall and facilitate virus egress from the host. When applied exogenously, these enzymes destroy susceptible microbes and, accordingly, have potential as therapeutic agents. The most potent lysin identified to date is PlyC, an enzyme assembled from two components (PlyCA and PlyCB) that is specific for streptococcal species. Here the structure of the PlyC holoenzyme reveals that a single PlyCA moiety is tethered to a ring-shaped assembly of eight PlyCB molecules. Structure-guided mutagenesis reveals that the bacterial cell wall binding is achieved through a cleft on PlyCB. Unexpectedly, our structural data reveal that PlyCA contains a glycoside hydrolase domain in addition to the previously recognized cysteine, histidine-dependent amidohydrolases/peptidases catalytic domain. The presence of eight cell wall-binding domains together with two catalytic domains may explain the extraordinary potency of the PlyC holoenyzme toward target bacteria.

X-ray crystal structure of the streptococcal specific phage lysin PlyC.

Bakteriophagen bereitstellen lysine, die die bakterielle Zellwand abgebaut und erleichtern Virus Ausstieg vom Host. Wenn exogen angewendet, diese Enzyme zerst&ouml;ren empf&auml;nglicher Mikroben und dementsprechend haben Potential als Therapeutika. Die potentesten Lysin bisher identifiziert ist PlyC, ein Enzym aus zwei Komponenten (PlyCA und PlyCB) zusammengesetzt, die spezifisch f&uuml;r Streptokokken-Arten. Hier zeigt die Struktur der PlyC Erfahrung, dass eine einzelne PlyCA-Gruppe zu einer ringf&ouml;rmigen Assembly acht PlyCB Molek&uuml;le angebunden ist. Struktur-gef&uuml;hrte Mutagenese zeigt, dass die bakterielle Zellwand-Bindung durch einen Spalt am PlyCB erreicht wird. Unerwartet, zeigen unsere Strukturdaten, dass PlyCA ein Glykosid Hydrolase-Bereich neben der zuvor erkannten Cystein, Histidin-abh&auml;ngige Amidohydrolases/Peptidasen katalytische Dom&auml;ne enth&auml;lt. Das Vorhandensein von acht Zellwand-Bindung-Dom&auml;nen mit zwei katalytische Dom&auml;nen mag erkl&auml;ren, die au&szlig;ergew&ouml;hnliche Wirksamkeit von der PlyC-Holoenyzme in Richtung Ziel Bakterien.

Ryan D. Heselpoth

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