Expression and kinetic parameters of methionine gamma-lyase (MGL) from Methanosarcina acetivorans and its comparison to bacterial MGLs
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Authors
Date
2024-09-01
Department
Major/Subject
Biotechnology
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
59
Series
Abstract
Methanosarcina acetivorans is a methanogenic archaeon producing methane as the by-product of its metabolism. It has garnered interest in the scientific community due to its versatility and its potential applications. However, there still remains questions on the possibilities of this archaeon and how it could be utilized in biotechnological applications. One research question of interest with M. acetivorans is other sulfur sources it could utilize in its metabolism. Since the most used sulfur sources used in studying M. acetivorans are reductive, other alternatives are needed for applications where a non-reductive environment is required. M. acetivorans contains the gene for the enzyme methionine γ-lyase (MGL), an en-zyme capable of splitting methionine to methanethiol, α-ketobutyrate, and ammonia. This gene is of interest because it could give M. acetivorans the capability of utilizing methionine as the sole sulfur source for growth since the methanethiol produced in the reaction could be utilized further in the sulfur metabolism of the cell. However, alt-hough the kinetics of this enzyme from other sources, such as bacteria and plants, have been studied, the kinetics of the M. acetivorans MGL have yet to be studied. In this thesis, MGL from M. acetivorans was produced in the yeasts Saccharomyces cerevisiae and Komagataella phaffii. The enzyme was purified and its kinetics were studied. The activity of this enzyme towards L-methionine and L-methyl-cysteine was measured. In addition to this, the MGL and cysteine-S-conjugate β-lyase (CBL) genes from Enterococcus faecium strains DO and T110 were expressed and studied. Finally, the sequences of MGLs from different sources were compared to the M. acetivorans MGL using Multiple Sequence Alignment (MSA). The study found that the M. acetivorans MGL and the E. faecium MGLs have activity towards L-methionine and L-methyl-cysteine. The CBL had activity towards L-methyl-cysteine and low or no activity towards L-methionine. From the MSA, it could be observed that the conserved residues present in other MGLs were also present in the sequence of M. acetivorans. Further study to this enzyme could elaborate on the possibility of using methionine as a sulfur source for the growth of M. acetivorans.Methanosarcina acetivorans on metanogeeninen arkeoni, joka tuottaa metioniinia energiametabolisminsa sivutuotteena. Se on herättänyt tieteellistä kiinnostusta sen monipuolisuuden ja mahdollisten käyttökohteiden takia. Silti, tämän arkeonin mahdollisuudet ja sen käyttökohteet bioteknologian alalla ovat vielä tutkimuksen alaisena. Yksi tutkimuskohde M. acetivoransin käytössä on mahdolliset rikkilähteet, joita se voisi käyttää aineenvaihdunnassaan. Koska useimmat rikkilähteet, joita käytetään M. acetivoransin tutkimuksessa, ovat pelkistäviä, mahdollisia pelkistämättömiä vaihtoehtoja tarvitaan niihin tutkimuksiin, joissa tällainen pelkistämätön ympäristö on tarpeellinen. M. acetivoransilla on geeni entsyymille metioniini γ-lyaasi, joka hajottaa metioniinin metaanitioliksi, α-ketobutyraatiksi ja ammoniakiksi. Tämän geenin avulla voisi olla mahdollista käyttää metioniinia rikkilähteenä M. acetivoransin kasvussa, koska reaktiossa tuotettu metaanitioli voisi mahdollisesti toimia rikkilähteenä M. acetivoransin rikkiaineenvaihdunnassa. Vaikka tätä entsyymiä on tutkittu monista eri lähteistä, esimerkiksi kasveista ja bakteereista, sitä ei ole vielä tutkittu M. acetivoransissa. Tässä tutkimuksessa M. acetivoransin metioniini γ-lyaasia tuotettiin hiivoissa Saccharomyces cerevisiae ja Komagataella phaffii. Entsyymi puhdistettiin ja sen kinetiikkaa tutkittiin ja sen aktiivisuutta L-metioniiniin ja L-metyyli-kysteiiniin tutkittiin. Tämän lisäksi, metioniini γ-lyaasia ja kysteiini-S-konjugaatti β-lyaasia Enterococcus faecium DO ja T110 bakteerikannoista tuotettiin ja niiden kinetiikkaa tutkittiin. Lopuksi, M. acetivoransin metioniini γ-lyaasin geenisekvenssiä verrattiin metioniini γ-lyaaseihin muista lähteistä käyttäen Multiple Sequence Alignment (MSA)-algoritmia. Tässä tutkimuksessa saatin selville se, että M. acetivoransin ja E. faeciumin metioniini γ-lyaaseilla oli aktiivisuutta L-metioniinia ja L-metyyli-kysteiinia kohtaan. Sen sijaan kysteiini-S-konjugaatti β-lyaasilla oli aktiivisuutta L-metyyli-kysteiinia kohtaan, mutta vähän tai ei ollenkaan aktiivisuutta L-metioniinia kohtaan. MSA-tuloksista voidaan nähdä, että M. acetivoransin metioniini γ-lyaasilla jakaa yhteisiä aminohappoja muiden metioniini γ-lyaasien kanssa ja nämä aminohapot ovat säilyneet samana eri geenisekvenssien välillä. Jatkotutkimus tähän entsyymin voisi antaa lisää tietoa siitä, voisiko metioniini olla mahdollinen rikkilähde M. acetivoransin kasvulle.Description
Supervisor
Scheller, SilvanThesis advisor
Bao, JichenKeywords
methionine gamma-lyase, Methanosarcina acetivorans, methanogen, methanogenesis, sulfur sources, enzyme kinetics