Computergestützte rationale Entwicklung der Signalsensitivität des Quorum-Sensing-Proteins LuxR in einem Ganzzell-Biosensor

LuxR, ein bakterieller Transkriptionsfaktor, der mit dem Quorum-Sensing in Verbindung steht und auf das Signalmolekül 3-Oxo-Hexanoyl-Homoserinlacton (3OC6-HSL) reagiert. In dieser Studie verwendeten wir molekulare Dynamik-Simulationen und die Methode der Molekularmechanik mit verallgemeinerter Born-Oberflächenareal (MM-GB/SA), um rationale Residuuen in Vibrio fischeri LuxR zu identifizieren, die wichtig für seine Interaktion mit 3OC6-HSL sind. Isoleucin-46 wurde als das entscheidende Residuum für die Interaktion mit 3OC6-HSL ausgewählt - LuxR-I46F hätte die stärkste Bindungsenergie zu 3OC6-HSL und LuxR-I46R die schwächste Bindungsenergie. Stabile Wildtyp (WT) LuxR, I46F und I46R Varianten wurden in Escherichia coli (E. coli) in Abwesenheit von 3OC6-HSL durch Fusion mit Maltose-Bindungsprotein (MBP) hergestellt. Dissoziationskonstanten für 3OC6-HSL von MBP-Fusionen von WT-, I46F- und I46R-LuxR wurden durch Oberflächen-Plasmonen-Resonanz bestimmt und bestätigten die Bindungsaffinität. Wir entwarfen und konstruierten einen neuartigen Ganzzell-Biosensor auf Basis von LuxR-I46F in E. coli-Wirtzellen mit einem Berichtmodul, das grün fluoreszierendes Protein ausdrückte. Der Biosensor hatte eine hohe Sensitivität in Reaktion auf das Signalmolekül 3OC6-HSL, das vom Zielbakterium Yersinia pestis produziert wurde. Unsere Arbeit zeigt einen praktischen, verallgemeinerbaren Rahmen für das rationale Design und die Anpassung von LuxR-Familien-Proteinen für den Einsatz in Bioengineering- und Bioelektronik-Anwendungen.