Summary

新規不溶性発色基質アッセイキットを使用した炭水化物分解酵素のハイスループットスクリーニング

Published: September 20, 2016
doi:

Summary

A high-throughput assay for enzyme screening is described. This multiplexed ready-to-use assay kit comprises of pre-chosen Chromogenic Polymer Hydrogel (CPH) substrates and complex Insoluble Chromogenic Biomass (ICB) substrates. Target enzymes are polysaccharide degrading endo-enzymes and proteases.

Abstract

Carbohydrates active enzymes (CAZymes) have multiple roles in vivo and are widely used for industrial processing in the biofuel, textile, detergent, paper and food industries. A deeper understanding of CAZymes is important from both fundamental biology and industrial standpoints. Vast numbers of CAZymes exist in nature (especially in microorganisms) and hundreds of thousands have been cataloged and described in the carbohydrate active enzyme database (CAZy). However, the rate of discovery of putative enzymes has outstripped our ability to biochemically characterize their activities. One reason for this is that advances in genome and transcriptome sequencing, together with associated bioinformatics tools allow for rapid identification of candidate CAZymes, but technology for determining an enzyme’s biochemical characteristics has advanced more slowly. To address this technology gap, a novel high-throughput assay kit based on insoluble chromogenic substrates is described here. Two distinct substrate types were produced: Chromogenic Polymer Hydrogel (CPH) substrates (made from purified polysaccharides and proteins) and Insoluble Chromogenic Biomass (ICB) substrates (made from complex biomass materials). Both CPH and ICB substrates are provided in a 96-well high-throughput assay system. The CPH substrates can be made in four different colors, enabling them to be mixed together and thus increasing assay throughput. The protocol describes a 96-well plate assay and illustrates how this assay can be used for screening the activities of enzymes, enzyme cocktails, and broths.

Introduction

Techniques for mining genomes and metagenomes have developed rapidly in recent years, and so have medium- and high-throughput strategies for cloning and expressing recombinant enzymes. Furthermore, bioinformatic resources and associated depositories, such as (CAZy)1,2 have expanded greatly. However, there are considerable challenges inherent in the exploitation of microbial enzyme diversity for industrial purposes and the empirical determination of enzyme activities has now become a serious bottleneck. For example, it is estimated that, using current methods, we can safely predict the activities of no more than 4% of the proteins within the CAZy database. Although numerous methods are available for monitoring enzyme activities they all have some limitations. Well-established techniques based on chromatography combined with mass spectrometry are available for assessing the oligomeric fragments of glycosyl hydrolase (GH) activities3,4. However, these approaches are labor intensive and generally low-throughput. Methods based on the measurement of reducing sugars such as the dinitrosalicylic acid5 and Nelson-Somogyi6 assays are widely used for assessing GH activities. However, these assays have limited throughput and can be prone to side-reactions. Individual chromogenic polysaccharide substrates, such as azurine cross-linked (AZCL) are widely used for determination of enzyme activities, but purchasing all of the substrates separately and manually distributing the substrate powders within the assay plate can be cumbersome and costly7.

We have developed a new generation of chromogenic polymer hydrogel (CPH) substrates based on chlorotriazine dyes that, when used in conjunction with a 96-well filter plate, form a high-throughput assay system. Additional Insoluble Chromogenic Biomass (ICB) substrates were developed which provide information about substrate availability within complex polymer mixtures, such as those that exist in lignocellulosic biomass. Each substrate can be produced in one of four colors, and different colored substrates can be combined in a single well. In this protocol is shown that this methodology can be applied to a wide variety of polysaccharides and proteins and the potential for screening GHs, lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) and proteases. Specific protocols are provided for the use of 96 well plates and representative results illustrate the high efficiency of the CPH and ICB substrate kits as tools for enzyme screening.

One significant advantage of the assay kits described, regardless of the substrate, is that the kits are ready to use within 15 minutes, after the activation step. This eliminates the need for time-consuming assembly of the assay from raw substrate materials as it is the case with some other methods7. The CPH and ICB substrates have excellent storage (at least one year at room temperature), pH and temperature stability 8 and require no specialized equipment or training. The CPH or ICB assays are based on 96-well filter plate within which the reaction with the enzyme is conducted. If the enzyme is active with a given substrate, soluble dyed oligomers are generated, producing a colored supernatant which can then be filtered into a regular clear-well 96-well plate using a vacuum manifold or a centrifuge 8.

The substrates are dyed with chlorotriazine dyes which absorb in the visible spectrum (VIS) range and individual colors (red, blue, yellow and green) can be resolved using linear regression if different CPH substrates of different colors are mixed in a single well, and the enzyme acts on more than one substrate. The resulting plate with the supernatants can be measured using a standard microtiter-plate reader capable of measuring absorbance in the VIS range. Mixing different substrates with different colors in one well increases the throughput of the assay system, to a total of 384 experiments in a 96-well plate (4 different substrates of different colors per well).

CPH substrates provide a valuable tool for assessing the specific activity of an enzyme while ICB substrates are used to evaluate the capacity of an enzyme to digest a component within the context of complex substrate mixtures that enzymes usually encounter within biomass. Although ICB substrates do not provide information about individual enzyme specificities, they are nonetheless useful tools for assessing the commercial performance of enzymes, cocktails or broths.

Protocol

96ウェルプレートフォーマットでCPH基質1.発色アッセイ アッセイキットプレートの活性化 撹拌せずに室温で10分間インキュベートし、各ウェルに(キットを用いて得られた)200μlの活性化溶液を加えることによって(青CPH-キシランを含む)を96ウェルフィルターアッセイキットプレート(材料のリスト)を活性化します。 現存活性化溶液を除去するために、(内側スペーサブロックとコレクションプレートなどの任意の標準的な、透明な96ウェルプレートで)真空マニホールドを用いて真空を適用します。その代わりに、真空マニホールドのこのステップのために10分間、2,700×gで遠心分離を使用することも可能です。 100μlの滅菌水を添加することにより、CPH基板を洗浄し、真空(または遠心力)を適用する安定化剤を除去します。このステップをさらに2回繰り返し、プレートが使用可能になります。 酵素反応 注:常にバッファが含まれます単独の陰性対照として、および陽性対照としての可能性以前に特徴付けられた酵素の場合。複製の統計学的に適切な数を使用してください。 CPH基板は、pHが3.0〜10.0に安定しており、各ウェル内のバッファ終了酵素液の総容量は180μLを超えてはなりません。植物抽出物または培養液はまた、代わりに、精製酵素液を使用することができます。 150μlの100 mM酢酸ナトリウム緩衝液、pH 4.5およびアッセイキットプレートの各ウェル(1 U / mlの最終濃度まで)5μlのエンド -cellulase溶液を加えます。 揺れの間に反応プレートからの潜在的な漏洩を収集するためのアッセイキットのプレートの下に製品のプレート(マイクロタイタープレートリーダーと互換性のあるクリアなウェルプレート)を置きます。 150rpmで水平シェーカーで30分間、25℃でアッセイキットプレートをインキュベートします。 注:インキュベーション中のアッセイキットプレートで反応を混合すると、一貫性と再現を実現するために重要ですducible結果。 CPH基板は90℃まで安定です。 CPH基質と未知の酵素濃度を含む培養液をテストするとき、インキュベーション時間は24時間まで増加させるべきです。適切なインキュベーション時間は、酵素の活性に依存するが、24時間以内に検出可能な活性が存在しない場合、一般的に、酵素は、試験した基質を分解しないという可能性があることに留意されたいです。活性酵素は、着色された上清として表示されている水溶性の発色性オリゴ糖、にCPH基板の不溶性発色性多糖類を分解しています。 内側スペーサブロックと真空マニホールドの内部クリーンな製品プレートを置きます。 上部のアッセイキットプレートを置き、真空(-60 kPaでの最大負圧)を適用します。それを10分間2,700×gで遠心分離を使用することも可能です。 注:反応生成物として着色されたオリゴ糖を含む濾液は、さらなる分析の8の製品版になりました</s>アップ。 検出および定量 製品プレートの各ウェル中の液体の体積は約目視で同じであることを確認してください。 青CPH-キシランプレートリーダーを使用するための595nmで回収プレートの吸光度を読みます。 データ分析を行う場合、酵素を添加したウェルからの値からバッファのみの負の制御値を減算します。複製のウェル8からの平均値と平均の標準誤差(SEM)を計算します。 96ウェルフォーマットでICB基板2.発色アッセイ 酵素反応 150μlの100 mM酢酸ナトリウム緩衝液、pH 4.5及び5を加えμlの31 U / mlのエンド -xylanase(ウェル中の最終酵素濃度1 U / ml)の赤ICB-麦わらを含むアッセイキットプレートの各ウェルに溶液。 注:アッセイキットプレート(96ウェルフィルターPL文献に記載されているようICB基板を含むのATE)は(材料のリストを参照してください)​​製造されています。 ICB基板は、10.0のpH 3.0の間のpH範囲の緩衝液中で安定です。常に、ネガティブコントロールとして緩衝液単独陽性対照として市販酵素とレプリカの統計学的に適切な番号を使用含まれています。 CPH基板プレートのようなICBの基質を活性化するが、真空ろ過や遠心分離し、100μlの水で3回洗浄することにより、安定剤を削除しないでください。 揺れ時の基板プレートからの潜在的な漏れを収集するために、基板プレートの下に製品板を置きます。 2時間150rpmで振とうしながら25℃で反応をインキュベートします。 注:活性酵素は、着色された上清として表示されている水溶性のオリゴ糖、にICB基板に不溶発色性多糖類を分解しています。 ICB基板は90℃まで安定です。インキュベーショントンこのような培養液などの非精製酵素を使用する場合、IMEは、24時間まで増加されるべきです。 内側スペーサブロックと真空マニホールドの内部に製品板を置きます。 上部のアッセイキットプレートを置き、真空(-60 kPaでの最大負圧)を適用するか、または製品プレートのウェルにアッセイキットプレートから製品をろ液に遠心分離器を使用しています。 注:反応生成物として着色されたオリゴ糖を含む濾液は、さらなる分析の8のためのコレクションプレートになりました。 検出および定量 コレクションプレートの各ウェル中の液体の体積は約目視で同じであることを確認してください。 プレートリーダーを用いて赤ICB-麦わらのための517 nmで収集プレートの吸光度を読みます。 データ分析を行うとき – バッファを引く – 酵素のウェルからの値からのみ負の制御値を追加されました。複製のウェル8からの平均値と平均の標準誤差(SEM)を計算します。 注:未知の酵素をスクリーニングする場合には、我々は、酵素活性のダイナミックレンジについてのより詳細なデータを得るために、希釈系列を作製示唆する。

Representative Results

高スループットと、このアッセイの多重化能力は、96ウェルフィルタープレートに配置された不溶性の発色性ポリマー(またはタンパク質)ヒドロゲル(CPH)基板に基づいています。酵素ならびにネガティブコントロールは、アッセイキットプレート( 図1A)に添加し、酵素、着色上清( 図1B)の製造に対応する基質を分解する。反応が完了した後、上清を透明なウェル製品プレートに移し、吸光度を96ウェルプレート( 図1C)のために適切な分光光度計を用いて直接測定することができます。 酵素の異なる濃度でのキシラナーゼのCPH-アラビノキシランの用量反応の例(0.00 – 0.75 U / ml)を減少させる酵素濃度を視覚的に観察することができ、図1Dに示されています。より詳細な分光光度定量ificationは酵素濃度( 図1E)に対する吸光度をプロットするために使用することができます。信号強度は、酵素活性に相当します。アッセイの再現性は、エラーバー(3つの複製の平均値の標準誤差、SEM)によって示されています。このアッセイの再現性に関するより詳細な実験は、他の場所8公開されています。 。A)CPH基板とアッセイキットプレートのスキーム( 例えば 、CPH-アラビノキシランが)ただ、酵素1及び2と緩衝液の添加前に、96ウェルフィルタープレートのウェルにロードCPH-アラビノキシランの 図1. キシラナーゼ処理真空補助filtrat時C);のみのコントロール(酵素1は、 エンド -xylanase活性を有していた); B)酵素1によりCPH-アラビノキシランの劣化が着色上清を生産製品版へにおける上清のイオン、吸光度を分光光度法で測定される; 100 mMの中でエンド -β-1,4-キシラナーゼの異なる濃度の4つの異なる色でCPH-アラビノキシランの治療後の反応生成物を含むD)製品板酢酸ナトリウム緩衝液、pH 4.5、室温で60分間; E)分光光度計を用いて、Dからの反応生成物の定量この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 酵素のスクリーニングこのアッセイを使用するための別の選択肢があります。 1つのオプションは、未知の活性を有するエンド -enzymes、例えば 、(精製)の少数をスクリーニングするための別の多糖類を含む96ウェルプレートを使用することです。この場合、結果はdegradである多糖類が表示されます標的酵素によってできます。この原理を表示するには、 遠藤 -cellulaseは、25℃で異なるCPH基質に対して試験しました。三つの異なる酵素濃度(0.5 U / mlを、1.0 U / ml及び5U / ml)を30分間インキュベートしました。結果は、製品のプレート( 図2A)ではっきりと見えます。サプライヤーが提供する-cellulaseこのエンドの製品シートは、キシログルカン(タマリンド)のためのサイドアクティビティ、大麦βグルカン、グルコマンナン、カバノキキシランおよびガラクトマンナンのための低サイドアクティビティを指定します。これと一致し、セルラーゼへの追加の活動はCPH-βグルカン(大麦)に対して、CPH-キシログルカン(タマリンド)、CPH-キシラン(ブナ)と低活性CPH-ガラクトマンナン( 図2B)に対して発見されました。グルコマンナンは試験しませんでした。同じCPH基板は市販の酵素(三つの異なる酵素濃度:0.1 U / mlで、0.5 U / mlおよび1.0 U / ml)で消化した前と同じ条件下で、陽性対照として使用し実験。全ての基質は、陽性対照の酵素によって分解された信号強度は、より高い酵素濃度( 図2C)に対応する増加しました。 図2の 8つの異なるCPH基板を異なる濃度で、30分。A) エンド -cellulaseで消化異なるCPH基質の生成物プレートを25℃で攪拌しながらインキュベートした 。B)活性との様々な副活性の定量化エンド -cellulase。 。E-LAMSEとCPH-パキマン、CPH-カードラン、CPH-;エラーバーは、3つのレプリカC)に対応するCPH基板(エンド-セルラーゼおよび2-HE-セルロースとは異なる市販酵素の活性の平均値の標準誤差を表しますβグルカン(大麦); E-XYAN4とCPH-キシラン、E-XEGPとCPH-キシログルカン、E-BLAAMとCPH-アミロース、E-BMACJとCPH-ガラクトマンナン;メガザイムからすべての酵素)。エラーバーは、2つのレプリカの平均値の標準誤差を表す。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 彼らは部分的にはバイオマスの主要成分である植物の細胞壁多糖類の自然な配置を維持するので、不溶性発色性バイオマス(ICB)基板は、発色基質のレパートリーに有用で加えています。 CPHとICB基板が液体培地で培養したときファネロカエテ・クリソスポリウムの分泌された酵素を分析するためにこの例で使用されています。アッセイキットプレートのプレート設定は19 CPH基板5 ICB基板(各基板、 図3Bは4ウェル)で、 図3Aに示されている。P.クリソスポリウムは cultivatました三日編、その後、培養上清を分析しました。したがって、125μlの200mMの緩衝液を各ウェルに移し、25μlの培養上清を添加しました。三つの異なるpH条件は、酢酸ナトリウム緩衝液pH 4.0、リン酸ナトリウム緩衝液pH 6.0またはpH 8.0( 図3C)を用いて試験されてきました。プレートを2時間25℃で(150 rpm)を振とう培養しました。 反応生成物は、製品のプレート( 図3D)に移し、そして分析した。P.クリソスポリウムは 、様々なグルカン、デンプンおよびキシラン( 図3E)の分解酵素を生産します。下側の信号は、ヘミセルロースのアラビナン(甜菜)およびペクチンガラクタンのためだけでなく、RGI(大豆)のために検出することができました。産生される酵素は、中性またはわずかに塩基性条件下(pHは8.0)よりも酸性条件(pH値4.0)でより活性でした。 ICB基質に対する低い活性( 図3F)多糖類はより自然な文脈である場合には、酵素の効率は純粋な多糖類と同じではないことを示している、それは生または事前に適用された場合ICB基板は、酵素の効率上のより現実的な見解を示さ理由です処理された植物材料。 19 CPHと5 ICB基板を含む複数の基板プレートを使用して、 ファネロカエテ・クリソスポリウム の3日齢の液体培養からの培養上清の 図3. スクリーニング 。A)各個別の基板のための4つのウェルを有するプレートのセットアップのスキーム(灰色の背景= CPH基板、オレンジ色の背景= ICB基板)。B)基質を含むアッセイプレートの写真。C)Schemeはその実験に用いた緩衝液条件を示します(200 mM酢酸ナトリウムpH4.0のリン酸ナトリウムpH6.0のリン酸ナトリウムのpHは8.0)。D)25℃Eで2時間後に、製品版の画像)吸光度を517 nmで検出し、各個々のCPH基板及びFに対してプロットしました。それぞれの酵素のための)ICB基板結果。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 発色基質は、単一の酵素を用いて、またはカクテル酵素1ウェルに異なる色CPH基質の混合物を用いて処置した後の反応上清を分析することによって相乗効果を研究するために使用することができます。 図4に示す次の例では、赤色CPHセルロース及び黄色CPHキシラン基質は約EQUで混合し96ウェルフィルタープレートのウェル中のAl比は、 図4(a)は、酵素なし(コントロール)、セルロースCEL(2 U / ml)を、キシラナーゼXYL(1 U / mL)で室温で1時間処理後の着色した反応生成物を示します両方の酵素の混合物を100 mM酢酸ナトリウム緩衝液pH 4.5(3、各アプローチのために複製します)。分析のために、反応生成物は700nmで( 図4B)に350nmでの吸光度スペクトルを走査することにより分光光度法で定量しました。多くの場合、単独で目視検査は、異なる色素から生じる吸収スペクトルは、各劣化の程度のより正確な指標を与えるために、単純な線形回帰8を使用して解決することができるが記録された酵素は、1つまたは複数の基板上に作用しているかどうかの指示を与えることができます混合物から基板。 混合物としてCPH基板を使用すると、実質的にSCRを可能にするアッセイのスループットを増大させます一つの実験(1ウェル)で、最大4つの異なる基板に対してeening。青CPH-βグルカン(大麦)、黄色CPH-キシラン(ブナ材)、緑CPHアミロースと赤CPH-ペクチンガラクタン(ルピナス):示された例で使用される4つの異なる基質です。基板プレートのレイアウトは、 図4Cおよび図4Dにおけるアッセイプレートの画像に示されています。反応物を25℃、150rpmで30分間、100 mM酢酸ナトリウム緩衝液pH 4.5で行いました。製品版で期待どおりに増加し、酵素濃度との最初の単一の酵素が対応するCPH基板( 図4E)と着色上清を用いて試験したが受信された( 図4F、行1A – 12D)。行Eが含まれているCPH-キシランと青CPH-βグルカン、 エンド -xylanaseおよびエンド -グルカナーゼ対応する酵素の異なる比で分解された2つの異なるCPH基板黄色。反応後、結果はvisibですル製品板で:より多くのエンドのグルカナーゼが存在した時に反応生成物の色は、暗い緑、青だった( 図4F、4E-6E)およびエンド -xylanase濃度が増加したとき、軽い黄緑色に変わりました( 図4F、10-12E)。同じことが、二枚の基板の赤CPH-ペクチンガラクタンと黄色のCPH-キシランは、 エンド -galactanaseおよびエンド -xylanaseで分解した行F、に見られます。すべての4つの異なる色のCPH基板が存在した( 図4F、1G-12F)と単一酵素が適切なCPH基質を分解し、付加的な添加によって着色された反応生成物の組み合わせは受信された酵素。 図4. 異なる酵素で処理された二つの異なるCPH基板の組み合わせ、赤CPH-セルロースと黄色のCPH-キシラン、。 A)反応上清を反応上清のエンド -cellulase( セル )またはエンド -xylanase(XYL)または両方の酵素。B)吸光スペクトルを有する二枚の基板を処理した後。異なる酵素で処理された四つの異なるCPH基質の組み合わせC)CPH基板を含む基板プレートのスキーム:青CPH-βグルカン(大麦)、黄色CPH-キシラン(ブナ材)、緑CPHアミロースと赤CPH-ペクチンガラクタン(ルピナス)D)異なるCPH基質を含有するアッセイプレートの写真E)を添加酵素(名目濃度(NC)の比率を示す製品板のスキーム:GLU = 1 U / mlのエンド -グルカナーゼ、 25℃で30分間のインキュベーション後に製品版の= 1 U / mlのエンド -xylanase、 花子 = 5 U / mlのエンドアミラーゼとギャル = 0.5 U / mlのエンド -galactanase)。F)の画像をXYL。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 基板 ソース CPH -2-ヒドロキシ N / A (CPH-2-HEセルロース) CPH-アミロペクチンポテト CPH-アミロースポテト CPH-アラビナンテンサイ CPH-アラビノキシラン小麦 CPH-カゼイン牛乳 CPH-キトサン動物起源 CPH-カードラン アルカリゲネス・フェカリス CPH-デキストラン ロイコノストック属。 </eメートル> CPH-ガラクトマンナンイナゴマメ CPH-ラミナリン ラミナリアdigitata CPH-リケナンアイスランドの苔 CPH-メチルセルロース N / A CPH-パキマン ポリアココス CPH-ペクチンガラクタンポテト CPH-プルラン アウレオバシジウムプルランス CPH-ラムノガラクツロナンI(RG I) ポテト CPH-ラムノガラクツロナンI(-Gal)* ポテト CPH-ラムノガラクツロナン大豆 CPH-キシランブナ材 CPH-キシログルカンタマリンド大麦からCPH-βグルカン大麦オート麦からのCPH-βグルカンエンバク</td> 酵母からのCPH-βグルカン酵母 ICB-シロイヌナズナロゼットは、 シロイヌナズナ COL-0(成人の植物)の葉から ICB-シロイヌナズナの種子 シロイヌナズナ ICB-バガス サトウキビのofficinarum(乾燥した大人の植物、茎と葉) ICB結晶セルロース(濾紙) 商用たWhatman 3MM Chr関数クロマトグラフィー紙 ICB-フェヌグリーク種子 Trigonella属の種 ICB-麻 大麻属 (乾燥した大人の植物、茎と葉) ICB-ルピナス種子 ルピナスのangustifolius種子 ICB-花粉P. pratense チモシー花粉 ICB-トウヒ トウヒ属 (マイル満たさ木の幹) ICB-タバコ ベンサミアナタバコの葉から(若い植物) ICB-麦わら コムギ属 (乾燥した大人の植物、茎と葉) ICB-ヤナギ ヤナギ属 (乾燥した大人の植物、粉砕された木の幹) ICB-ソルガム ソルガム属 (大人植物から葉) *( エンド -β-1,4-D-ガラクタで除去β-1,4-D-ガラクタン側鎖) 表1. 利用可能な発色性高分子ハイドロゲル(CPH)と不溶性発色バイオマス(ICB)基板の一覧。

Discussion

私たちは、カスタム設計された市販のアッセイキットに配置されたクロロトリアジン染料に基づいているマルチカラーのCPHとICB基板の新世代( 表1の基質の完全なリスト)を使用しています。基質の酵素消化は、アッセイ溶液中で検出可能である小さい、可溶性、染色物が得られ、プレートリーダー9を用いて定量することができます。このアッセイは、 エンド -acting酵素の評価と分析の感度のために設計されていることは、他の方法は、 エキソ -acting酵素11,12のために用意されていながら、アズリン架橋された(AZCL)を使用して、1は、10基質類似しています。このアッセイキットの制限は、CPHとしてだけでなく、ICB基板が原因で色素と架橋剤分子8に起因する立体障害の可能性が最も高いエキソ -enzymesによって分解されない、 エンド -enzyme活性の検出にあります。

アッセイは、96 WELで行われますリットル形式と個々の反応は、ウェル中で行われます。反応は、再現データを受信するために、プレート内で混合されなければなりません。得られた上清を、各ウェルの吸光度を吸光度分光法を用いて定量することができる製品プレートに濾過します。基本原理およびアッセイのレイアウトは、アッセイは、基質とアッセイプレート(96ウェルフィルタープレート)から構成されている。 図1に示されている、酵素とのインキュベーション後、上清を透明なウェルプレートに通して濾過しますそして、吸光度は、酵素の特異性および活性の半定量的測定を提供する読み込まれます。 CPH基板を用い、このスクリーニングアッセイはまた、可溶性の反応生成物は、一晩のインキュベーション後に着色ハローを作る寒天プレート形式で使用することができることには、示されている。8

に示されているようにアッセイキットは、精製された酵素およびそれらの潜在的なサイド活性をスクリーニングするために使用され得ます図2サイドの活動は、単一の酵素およびその無差別特異性からも分析される試料は、異なる酵素の混合物であり、それらの相乗効果を研究する必要があるという事実から生じ得ます。それは以前の研究で示されているように加え、真菌8ならびに内因性植物酵素および細菌(未発表データ)からの酵素カクテル、腸内微生物叢13と培養ブロスを酵素源として使用することができます。

ICB基板は、多くの場合、バイオマス分解の工業プロセスで遭遇する細胞壁成分の複雑な混合物に対処します。これらの基板は、多糖の可用性を評価し、効果的に、より効率的な分解出力のための劣化カクテルを最適化する方法についての情報を提供するように設計されています。 図3に示すようにCPHとICB基板が側によって酵素のスクリーニング側で使用することができます-酵素特異性のANに関する豊富な情報を明らかに好ましい基質(CPH)とより密接な性質(ICB)で見つかった巨大分子集合体を模倣好ましい基材に加えて他の成分を含む、より自然な複合体の文脈の両方でD活性。複数の色の使用は、アッセイの高スループットと多重度を増加させるいくつかの基板に対して異なる酵素活性の同時検出を可能にします。異なる色素のスペクトルは、単純な線形回帰によって解決することができ、ほとんどの場合、多基質活性は、単独で、目視で観察することができます。このような実験とその結果のシミュレーション例を図4に示されています。

このアッセイツールボックスとその応用の汎用性は、未知の活性を有する酵素及び培養ブロスの最初のレベルのスクリーニングのために非常に適しています。このアッセイの最も重要な側面は、その高スループットの性質、カスタマイズ、使いやすく柔軟性に優れています。このことを念頭に置いて、ワットeはツールのこの小説セットが大幅に改善し、産業用酵素のスクリーニングのプロセスだけでなく、学術的なアプリケーションを高速化することを考えています。

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

私たちは、優れた技術支援のための撮影のために彼の研究室へのアクセスを提供教授J.ポール・ノックス(リーズ大学、英国)、およびスーザンE.マーカスに感謝したいと思います。 21世紀のための263916)とプロジェクトバイオマス(イノベーションの基盤デンマーク、ケース番号:103408)SKKはSET4Futureプロジェクト(デンマーク戦略研究協議会)感謝され、:JSはWallTraCプロジェクト(欧州委員会第七フレームワークプログラム(助成契約なしを認めています。戦略研究、技術革新(グラントケース番号:0603-00522B)デンマーク評議会のためにデンマークの評議会によって設立されたバイオバリュー戦略、および複合多糖系(グラントケースの酵素分解を理解するための生物学主導のアプローチなし。:。。107279)資金調達のためには、本論文では、唯一の著者の見解を反映した欧州連合(EU)は、本明細書に含まれる情報を用いてもよい任意の使用のための責任を負いません。

Materials

assay kit plates Glycospot customized assay kit plates
activation solution Glycospot for activating CPH substrates
350 ml receiver plate spacer block for vacuum manifold Pall Corporation 5015 spacer block
96-well MultiScreen HV filter plate, 0.45 µm, clear, non-sterile Millipore MSHVN4510 assay plate
96-Well Microplates, Polypropylene Greiner Bio-One 651201 collection plate after washing the substrates
Nunc™ MicroWell™ 96-Well Microplates Thermo Scientific 269620 product plate
Diaphragm pump MZ 2 NT Vacuubrand 732000 vacuum pump used with the vacuum manifold
Infors HT Ecotron Infors HT 4950132 (Buch & Holm) horizontal shaker
SpectraMax M5 Molecular Devices 10067-750 (VWR) 96-well plate absorbance reader
Vacuum manifold Pall Corporation 5017 vacuum manifold
endo-cellulase (EGII) (Trichoderma longibrachiatum) Megazyme E-CELTR cellulase [cel]
endo-β-1,4-mannanase (Cellvibrio japonicus Megazyme E-BMACJ mannanase [man]
endo-β-1,3-glucanase (Trichoderma spp.) Megazyme E-LAMSE β-glucanase [glu]
endo-b-1,4-D-galactanase (Aspergillus niger Megazyme E-EGALN galactanase [gal]
endo-β-1,4-xylanase M4 (Aspergillus niger Megazyme E-XYAN4 xylanase [xyl]
endo-xyloglucanase (GH5) (Paenibacillus sp. Megazyme E-XEGP xyloglucanase [xg]
α-amylase (Bacillus licheniformis Megazyme E-BLAAM amylase [amy]

References

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Schückel, J., Kračun, S. K., Willats, W. G. T. High-throughput Screening of Carbohydrate-degrading Enzymes Using Novel Insoluble Chromogenic Substrate Assay Kits. J. Vis. Exp. (115), e54286, doi:10.3791/54286 (2016).

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