Dokument: Development and Application of Protein Refinement and Engineering Methods

Titel:	Development and Application of Protein Refinement and Engineering Methods
Weiterer Titel:	Development and Application of Protein Refinement and Engineering Methods
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=36772
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20160203-100011-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Della Corte, Dennis [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,05 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 12.01.2016 / geändert 12.01.2016
Beitragende:	Jun.-Prof. Dr. Schröder, Gunnar [Gutachter] Prof. Dr. Jaeger, Karl-Erich [Gutachter]
Stichwörter:	Protein Design, Protein Refinement, Directed Evolution
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Zusammenfassung Die Zukunft der Chemischen und Pharmazeutischen Industrie wird sich immer mehr auf Proteine stützen, die maßgeschneidert hergestellt werden. Proteine sind flexibel einsetzbare molekulare Maschinen die verschiedenste Aufgaben in der Natur übernehmen. Um Proteine zu unserem Gunsten einsetzen zu können bedarf es eines tieferen Verständnisses der zugrunde liegenden Prinzipien. Die physikalische Beschreibung von Proteinen wurde in den letzten Jahren weiter voran getragen und Simulationen haben sich als ein wirkungsvolles Werkzeug herausgestellt, um Proteine noch besser zu verstehen. Für bestimme Anwendungen, wie die Berechnung struktureller Veränderungen aufgrund von Mutationen, sind die Simulationen aber noch nicht ausgereift genug. Das Ziel dieser Arbeit ist es die bestehenden Methoden weiter zu verbessern und Protein Ingenieuren die Möglichkeit zu geben am Computer die Auswirkungen von Veränderungen an Proteinen vorherzusagen. Im Zusammenhang mit dieser Arbeit wurden einige Aspekte des Protein Designs untersucht. Auf der Arbeit von Andre Wildberg basierend wird ein Protokoll zum Verbessern von Protein Strukturen untersucht. Die Ergebnisse anhand eines Benchmark Tests werden hier präsentiert. Weiterhin wurde diese Methode in abgewandelter Form von mir in einem Internationalen Wettbewerb zur Strukturvorhersage ( CASP11 ) angewandt. Dieser Wettbewerb konnte die Verlässlichkeit der Methode unter Beweis stellen. Die Ergebnisse dazu sind hier ebenfalls dargestellt. Im weiteren wird der Versuch angestellt die statistischen Grundlagen hinter der Methode an vereinfachten Beispielen darzustellen. Im Abschluss wird eine Methode eingeführt, die gezielten Evolution-Experimenten dabei helfen kann effektiver Proteine mit verbesserten Eigenschaften zu erzeugen. The future of chemical and pharmaceutical industry will strongly rely on custommade proteins. These small molecular machines are capable of amazing functions in nature. To harness the power of these biological entities a deeper understanding of the governing principles in their design is crucial. The physical description of proteins have been explored in the past and yielded the powerful tool of molecular dynamics simulation. For specific applications like the determination of small structural changes due to single point mutations, the contemporary simulations methods are not adequate. The main goal of this thesis is the development of improved simulation techniques that will enable protein engineers to predict reliably the outcomes of certain design decision on a protein. In the context of this thesis several aspects of the field of computational protein engineering were explored. Based on a method developed by Andre Wildberg a detailed analysis of the performance of a novel simulation protocol was analyzed on a benchmark set of protein homology models. The motivating ideas behind this and the performance on the benchmark set are reported in this thesis. This method was further refined and used in the international protein structure prediction competition CASP11. The results of this competition revealed the power of this method to consistently refine protein structures and are reported here as well. Furthermore this thesis contains a semi-empirical derivation of the fundamental ideas from statistical mechanics that govern the improved performances of this novel simulation approach. The concluding chapter of this thesis introduces a novel simulation pipeline that is able to improve the substrate selectivity of an enzyme. The predictions made with this simulation protocol can aid directed evolution experiments. Single and double point mutations were proposed and the experimental validations are presented in this thesis as well. v
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	03.02.2016
Dateien geändert am:	03.02.2016
Promotionsantrag am:	14.10.2015
Datum der Promotion:	03.12.2015