Development of surface binding peptides using phage display

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Chemical Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2012

Department

Biotekniikan ja kemian tekniikan laitos

Major/Subject

Polymeeriteknologia

Mcode

Kem-100

Degree programme

Language

en

Pages

[7] + 68

Series

Abstract

Finding tools for optimizing the performance of biomedical materials is under continuous research. In this thesis, a unique strategy for surface functionalization using material-specific peptides generated via phage display is presented. Phage display is a powerful selection method that enables screening of a large library of randomly generated peptides in favour of peptide sequences with the highest binding affinity to a particular surface via process called biopanning. These peptides could be utilized as binding agents or linkers in the construction of novel nanobiomaterials and control the organization, self-assembly and specific functions of the biomaterial. Besides synthetic peptides, the utilization of natural adhesive proteins, such as hydrophobins and mussel adhesive proteins are discussed in order to discover novel strategies for surface engineering of biomedical material applications. The aim is to find peptides suitable for surface functionalization of a fungal adhesive protein, hydrophobin, which has been successfully researched as a coating material for various biomedical applications. A bacteriophage library was used to screen 109 different 12-mer peptides against hydrophobin protein layer. The binding affinity and specificity of the selected phage display derived peptides were assessed using titer count analysis, enzyme-linked immunosorbent assay and quartz crystal microbalance with dissipation monitoring. The biopanning resulted in hydrophilic peptides that show binding on hydrophobin protein layer. However, no consensus sequence was observed and some of the peptide sequences seemed to be target unrelated peptides. There were significant differences in binding affinity between the phage variants, and the best variants were HFBbp2-l3 and HFBbp2-l6. Surprisingly, the binding of the phages was not selective to hydrophobin protein only but binding was observed to plastics as well. The binding properties were verified using isolated synthetic peptides of the best phage variants.

Tekniikoita lääketieteellisten materiaalien toimintakyvyn parantamiseksi kehitetään jatkuvasti. Tässä diplomityössä esitetään yksi ratkaisu materiaalin pinnan muokkaamiseen käyttäen faaginäyttö-menetelmällä pintaan spesifisesti sitoutuvia peptidejä. Faaginäyttö on tehokas seulontamenetelmä, jonka avulla suuria määriä peptidiehdokkaita sisältävistä kirjastoista voidaan seuloa voimakkaimmin tiettyyn pintaan sitoutuvat peptidit seulontatekniikalla. Näitä pintaan spesifisesti sitoutuvia peptidejä voidaan hyödyntää pinnan muokkaajina tai sidosaineina uusien nanobiomateriaalien rakenteen sekä ominaisuuksien kehittelyssä. Synteettisten peptidien lisäksi diplomityössä käsitellään myös luonnosta peräisin olevien adhesiivien, kuten hydrofobiiniproteiinin ja simpukan jalan proteiinien hyödyntämistä lääketieteellisten materiaalien pinnan muokkaamisessa. Diplomityössä kehitetään faaginäyttö-menetelmän avulla pintaspesifisiä peptidejä rihmasienen tuottaman adhesiiviproteiinin, hydrophobiinin, pinnan muokkaamiseen. Hydrofobiinin soveltuvuutta lääketieteellisten materiaalien pinnoitusmateriaalina on tutkittu tuloksekkaasti jo aiemmin. Hydrofobiiniin sitoutuvia peptidejä seulottiin bakteriofaagikirjastosta, joka sisalisi 109 erilaista 12 aminohapon pituista peptidiä faagien pinnalla. Valittujen peptidien sitoutumisaffiniteettia ja -spesifisyyttä hydrofobiiniin tutkittiin tiitterianalyysien, entsyymivälitteisen immunosorbenttimäärityksen sekä kvartsikide mikrovaaka -menetelmän avulla. Kirjastoseulonta tuotti hydrofiilisia peptidejä, jotka kokeiden mukaan kiinnittyivät hydrofobiinipintaan. Selektoiduissa peptidisekvensseissä ei ollut havaittavissa konsensussekvenssiä, eikä kaikkien peptidien selektoitumisen ajavista voimista oltu täysin varmoja. Sitoutumisaffiniteetti vaihteli suuresti eri faagien välillä, ja parhaat hydrofobiiniin sitoutujat olivat HFBbp2-13 ja HFBbp2-16. Sitoutumiskokeiden perusteella peptidit eivät olleet spesifisiä ainoastaan hydrofobiinille, vaan ne kiinnittyivät myös muovipinnoille. Sitoutumisominaisuudet vahvistettiin myös tutkimalla kiinnittymistä synteettisillä peptideillä, jotka vastasivat parhaiten sitoutuvien faagien sisältämää peptidiä.

Description

Supervisor

Seppälä, Jukka

Thesis advisor

Linder, Markus
Szilvay, Géza

Keywords

biopanning, kirjastoseulonta, hydrophobin, hydrofobiini, surface binding peptide, pintaan sitoutuva peptidi

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122858934

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM