Análise conformacional da esterase de Kaistella jeonii por dinâmica molecular e caracterização dos efeitos da interação com tereftalato de polietileno (PET)

Abstract

O plástico é encontrado globalmente no meio ambiente e atingiu uma escala preocupante. A biorremediação é uma alternativa mais ecológica e eficiente para remover esse polímero das áreas afetadas. Em 2022 foi descrita uma nova enzima esterase extraída da bactéria Kaistella jeonii que poderia degradar promiscuamente o PET. Comparada com a bem conhecida IsPETase, esta nova esterase apresenta uma baixa identidade de sequência, mas possui uma estrutura tridimensional excepcionalmente semelhante. Notavelmente a nova esterase possui duas hélices α adicionais e não possui uma ligação dissulfeto em seu sítio de ligação. No entanto, esta nova esterase demonstrou menor eficiência catalítica. Neste trabalho, empregou-se simulação de Dinâmica Molecular para investigar a interação entre a esterase e o PET. Além disso, a compreensão do complexo proteína-ligante pode lançar luz sobre o mecanismo evolutivo de como as enzimas α/β hidrolase têm evoluído para degradar essas moléculas artificiais e promover o desenvolvimento de abordagens de engenharia racionais para melhorar enzimas semelhantes à PETase. Nossos resultados auxiliam no aprofundamento do conhecimento atual por trás do mecanismo de catálise biológica da degradação do PET, através da descrição da resposta estrutural à interação entre enzima e PET.

Plastic is found globally in the environment and has reached a concerning scale. Bioremediation is the most eco-friendly and cost-effective alternative to remove this polymer from affected areas. In 2022, a novel esterase enzyme extracted from the bacteria Kaistella jeonii could promiscuously degrade PET. Compared to the well-known IsPETase, this novel esterase presents a low sequence identity yet has a remarkably similar folding. Preliminary analysis showed that the new esterase has two additional α-helices and lacks one disulfide bond in the binding pocket. However, this new esterase demonstrated a lower catalytic efficiency. In this work, we employed Molecular Dynamics simulation to investigate the molecular mechanism between the esterase and PET. Understanding the protein-ligand interaction mechanism of PET binding can shed light on the evolutive mechanism of how α/β hydrolase enzymes have been evolving to degrade these artificial molecules and promote the development of rational engineering approaches to improve PETase-like enzymes. Furthermore, our results aid in deepening the current knowledge behind the mechanism of biological catalysis of PET degradation, through description of the structural response to the interaction between enzyme and PET.