A high catalytic efficiency and chemotolerant formate dehydrogenase from Bacillus simplex

English
Formate dehydrogenase (FDH) catalyzes the reversible bioconversion of formate and NAD+ to produce carbon dioxide and NADH. FDH is biotechnologically important because it is widely used for NADH regeneration in various enzymatic syntheses, and it can also catalyze CO2 reduction to capture greenhouse gases. However, the major drawback hampering this enzyme in industrial applications is its low activity, leading to the requirement of large amounts to attain the optimal process. We found that FDH from Bacillus simplex (BsFDH) works better than a commonly used FDH from Pseudomonas sp. 101 (PsFDH) in a number of biocatalytic reactions. This enzyme is catalytically potent as it has the highest catalytic turnover rate of 15 s-1. The study also showed that this enzyme was more stable at a wide pH and better able to handle sodium azide and H2O2 inactivation. It had a 200-fold higher Ki value for azide inhibition and stayed stable in the presence of 0.5% H2O2 compared to PsFDH. Additionally, using BsFDH as a cofactor regeneration system clearly showed better conversion activity because it tolerates well with the system having H2O2 by product. Altogether, the data showed that BsFDH is a robust enzyme suitable for future applications in industrial biotechnology.

Thai
เอนไซม์ฟอร์เมตดีไฮโดรจีเนส (formate dehydrogenase, FDH) เร่งปฏิกิริยาแบบย้อนกลับเพื่อเปลี่ยนฟอร์เมตและ NAD+ ไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และ NADH มีการใช้เอนไซม์ FDH กันอย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์สารโดยวิธีการทางเอนไซม์ โดย FDH ทำหน้าที่ในการสังเคราะห์ NADH นอกจากนี้ ปฏิกิริยาเอนไซม์ FDH ยังสามารถใช้ในการเปลี่ยน CO2 ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญไปเป็นฟอร์เมตได้ อย่างไรก็ตามข้อเสียสําคัญที่ขัดขวางการใช้งานในวงกว้าง คือ เอนไซม์ชนิดนี้มีแอคติวิตี้ที่ต่ำทำให้ต้องใช้ในปริมาณที่สูง ซึ่งถือเป็นการเพิ่มต้นทุนการผลิต งานวิจัยนี้เราพบว่า FDH จาก Bacillus simplex (BsFDH) ทํางานได้ดีกว่า FDH จาก Pseudomonas sp. 101 (PsFDh) ที่ใช้กันทั่วไป โดยมีอัตราการเร่งปฏิกิริยาสูงสุดที่ 15 ต่อวินาที การศึกษายังแสดงให้เห็นว่าเอนไซม์นี้มีเสถียรภาพต่อค่า pH ที่กว้างและสามารถทนการยับยั้งจาก azide และ H2O2 มีค่า Ki ที่แสดงถึงความทนต่อการยับยั้งสูงกว่า PsFDH ถึง 200 เท่า นอกจากนี้การใช้ BsFDH ในระบบการสังเคราะห์สารที่มี H2O2 เป็น by-product พบว่าได้ผลิตภัณฑ์ที่ดีกว่า ดังนั้น BsFDH จึงเป็นเอนไซม์ที่เหมาะสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรการสังเคราะห์สารโดยวิธีการทางชีวภาพ

Reference
Boonkumkrong R, Chunthaboon P, Munkajohnpong P, Watthaisong P, Pimviriyakul P, Maenpuen S, Chaiyen P, Tinikul R. A high catalytic efficiency and chemotolerant formate dehydrogenase from Bacillus simplex. Biotechnol J. 2024 Jan 5:e2300330.
DOI: 0.1002/biot.202300330.