Scientific Journal of Kurdistan University of Medical Sciences

fa مهندسی آنزیم دی هیدروکسی بی‌فنیل دی اکسیژناز با هدف بهبود عملکرد آن در حذف آلودگی PCBs: یک مطالعه داکینگ مولکولی Engineering of Dihydroxy Biphenyl Dioxygenase Enzyme to Improve Its Performance In Removing PCBs: A Molecular Docking Study بیوتکنولوژی Biotechnology پژوهشي اصیل Original Research زمینه و هدف:  آلاینده‌های صنعتی  پلی ‌کلرو بی‌فنیل‌ها (PCB)، جزء مهم‌ترین آلاینده‌هایی محیط‌زیست هستند که حذف آن‌ها اهمیت فراوانی دارد. تخریب  PCBs به روش زیستی توسط آنزیم‌های متعدد و طی فرآیندی چند مرحله‌ای، صورت می‌گیرد. یکی از این آنزیم‌ها DHBD(2و3دی هیدروکسی بی‌فنیل 1و2 دی اکسیژناز) نام داشته و توسط ژن BphC رمزدهی می‌شود. تقویت عملکرد آنزیم و کاهش میل اتصال آنزیم به مهارکننده(ترت بوتانول) موجب بهبود عملکرد آنزیم و افزایش کارایی آن خواهد شد. این تحقیق،  با هدف تقویت آنزیم و تضعیف اثر مهارکننده از طریق جهش در آمینواسیدهای سایت فعال، در فضای بیو انفورماتیک انجام شده است. مواد و روشها: توالی اسیدآمینه‌ای‌ آنزیم از  پایگاه داده UniPprot دریافت و به منظور بررسی توالی‌های مشابه با روش <a name="_Hlk154429355">BLAST-PSI</a>، توالی‌های مشابه از گونه‌های نزدیک تا دور پروتئین مورد جست‌وجو قرار گرفت. با انجام هم‌ردیفی چندگانه توالی‌های حاصل از BLAST-PSI ، 250 توالی منطبق گردید. نتایج هم‌ردیفی در آمینواسیدهای جایگاه فعال، نشان داد برخی جایگاه‌ها دارای اسیدآمینه متغیر بوده و به عنوان کاندید جهش‌زایی استفاده گردید. موقعیت مهارکننده  T-Butanol با استفاده از نرم‌افزارDISCOVERY شبیه‌سازی شد.  یافته‌ها: با داکینگ مولکولی با نرم‌افزار PYRX بین آنزیم وحشی و ماده اولیه انرژی اتصال 6/2- کیلوکالری برمول و برای کاندیدهای جهش‌ها حاصل از هم‌ترازی، فنیل‌آلانین201 به ترئونین(6/9- کیلوکالری برمول) و ترئونین280 به سرین(6/8- کیلوکالری برمول) محاسبه شد. نتیجه‌گیری: انرژی اتصال منفی‌تر، نشان از پایداری بیشتر این برهم‌کنش در آنزیم جهش یافته دارد. در نتیجه این جهش‌ها توان ارتقا قدرت عملکرد آنزیمی را خواهند داشت. شبیه‌سازی موقعیت مهارکننده و ماده اولیه در آنزیم،  نشان داد که احتمالا فاصله مهارکننده از سایت فعال و ماده اولیه در صورتی مطلوب است که، برهم‌کنش مهارکننده بر روی آمینواسیدهای جایگاه فعال کاهش یافته و در نتیجه پایداری اتصال ماده اولیه بی‌فنیل با آنزیم افزایش یابد. کاهش قدرت مهارکننده باعث افزایش قدرت کاتالیتیکی آنزیم در تخریب PCBs خواهد شد.   Background and Aim: Polychlorinated biphenyls (PCB) industrial pollutants are one of the most important environmental pollutants whose removal is very important. PCBs are degraded biologically by several enzymes and in a multi-step process. One of these enzymes is called DHBD (2,3-dihydroxy biphenyl 1,2-dioxygenase) and is encoded by the BphC gene. Enhancing the function of the enzyme and reducing the binding affinity of the enzyme to the inhibitor (tert-butanol) will improve the function of the enzyme and increase its efficiency. This research has been carried out in bioinformatics to strengthen the enzyme and weaken the inhibitory effect through mutation in the amino acids of the active site. Materials and Methods: The amino acid sequence of the enzyme was obtained from the UniPprot database and to check similar sequences with PSI-BLAST method, similar sequences were searched from close to distant protein species. By performing multiple alignments of PSI-BLAST sequences, 250 sequences were matched. The results of sequencing the amino acids of the active site showed that some sites have variable amino acids and were used as candidates for mutagenesis. The position of the T-Butanol inhibitor was simulated using DISCOVERY software. Results: By molecular docking with PYRX software between the wild enzyme and the substrate, the binding energy -6.2 Kcalmol-1and for the candidates of mutations resulting from the alignment, Phenylalanine 201 to Threonine (6. 9 Kcalmol-1) and Threonine 280 to serine (6. 8 Kcalmol-1) Calculated. Conclusion: The more negative binding energy indicates the greater stability of this interaction in the mutant enzyme. As a result, these mutations will be able to improve the strength of the enzyme function. The simulation of the position of the inhibitor and the starting material in the enzyme showed that the distance of the inhibitor from the active site and the starting material is likely to be favorable if the interaction of the inhibitor on the amino acids of the active site is reduced and as a result, the binding stability of the biphenyl starting material with the enzyme is increased. Decreasing the inhibitory power will increase the catalytic power of the enzyme in the destruction of PCBs.   جهش‌زایی, مهارکننده, بیو انفورماتیک, PCBs Mutagenicity, Inhibitors, Informatics, PCBs 25 38 http://sjku.muk.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-7484-1&slc_lang=fa&sid=1 Susan Yazdankhah سوسن یزدان خواه sueya48@yahoo.com 5400319475328460070365 0009-0005-7678-1872 No Shahid Rajaee Teacher Training University دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی Alireza Zakeri علیرضا ذاکری zakeri@sru.ac.ir 5400319475328460070366 5400319475328460070366 Yes Shahid Rajaee Teacher Training University استادیار، گروه علوم زیستی، دانشکده مهندسی مواد و علوم میان رشته‌ای، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران Saeed Khalili سعید خلیلی saeed.khalili@sru.ac.ir 5400319475328460070367 5400319475328460070367 No Shahid Rajaee Teacher Training University دانشیار، گروه علوم زیستی، دانشکده مهندسی مواد و علوم میان رشته‌ای، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران Abolfazl Jahangiri ابوالفضل جهانگیری fazel.jahangiri@yahoo.com 5400319475328460070368 5400319475328460070368 No Baqiyatallah University of Medical Sciences استادیار، مرکز میکروبیولوژی کاربردی، پژوهشکده سیستم بیولوژی و مسمومیت‌ها، دانشگاه علوم پزشکی بقیه الله (عج)، تهران، ایران ZahraalSadat Hashemi زهرا السادات هاشمی z.hashemi87@gmail.com 5400319475328460070369 5400319475328460070369 No Assistant Professor, ATMP Department, Breast Cancer Research Center, Motamed Cancer Institute, ACECR, Tehran, Iran استادیار، دپارتمان توسعه فناوری درمان‌های نوین، مرکز تحقیقات سرطان پستان، پژوهشکده معتمد، جهاد دانشگاهی، تهران، ایران Alireza Heidari علیرضا حیدری alirezaheidari@sru.ac.ir 5400319475328460070370 0009-0005-8817-1502 No Shahid Rajaee Teacher Training University دانشجوی کارشناسی ارشد،گروه علوم زیستی، دانشکده مهندسی مواد و علوم میان رشته‌ای، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران