In Situ Random Microseeding and Streak Seeding Used for Growth of Crystals of Cold-Adapted beta-D-Galactosidases: Crystal Structure of betaDG from Arthrobacter sp. 32cB - Publikacja - MOST Wiedzy


In Situ Random Microseeding and Streak Seeding Used for Growth of Crystals of Cold-Adapted beta-D-Galactosidases: Crystal Structure of betaDG from Arthrobacter sp. 32cB


There is an increasing demand for cold-adapted enzymes in a wide range of industrial branches. Nevertheless, structural information about them is still scarce. The knowledge of crystal structures is important to understand their mode of action and to design genetically engineered enzymes with enhanced activity. The most difficult task and the limiting step in structural studies of cold-adapted enzymes is their crystallization, which should provide well-diffracting monocrystals. Herein, we present a combination of well-established crystallization methods with new protocols based on crystal seeding that allowed us to obtain well-diffracting crystals of two cold-adapted beta-D-galactosidases (betaDGs) from Paracoccus sp. 32d (ParbetaDG) and from Arthrobacter sp. 32cB (ArthbetaDG). Structural studies of both betaDGs are important for designing efficient and inexpensive enzymatic tools for lactose removal and synthesis of galacto-oligosaccharides (GOS) and hetero-oligosaccharides (HOS), food additives proved to have a beneficial effect on the human immune system and intestinal flora. We also present the first crystal structure of ArthbetaDG (PDB ID: 6ETZ) determined at 1.9 Å resolution, and compare it to the ParbetaDG structure (PDB ID: 5EUV). In contrast to tetrameric lacZ betaDG and hexameric betaDG from Arthrobacter C2-2, both of these betaDGs are dimers, unusual for the GH2 family. Additionally, we discuss the various crystallization seeding protocols, which allowed us to obtain ParbetaDG and ArthbetaDG monocrystals suitable for diffraction experiments.


  • 3


  • 4

    Web of Science

  • 4


Cytuj jako

Autorzy (5)

Informacje szczegółowe

Publikacja w czasopiśmie
artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
Opublikowano w:
Crystals nr 8, strony 1 - 15,
ISSN: 2073-4352
Rok wydania:
Opis bibliograficzny:
Rutkiewicz-Krotewicz M., Pietrzyk-Brzezińska A., Wanarska M., Cieśliński H., Bujacz A.: In Situ Random Microseeding and Streak Seeding Used for Growth of Crystals of Cold-Adapted beta-D-Galactosidases: Crystal Structure of betaDG from Arthrobacter sp. 32cB// Crystals. -Vol. 8, iss. 1 (2018), s.1-15
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/cryst8010013
Bibliografia: test
  1. Pritzwald-Stegmann, B.F. Lactose and some of its derivatives. Int. J. Dairy Technol. 1986, 39, 91-97. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  2. Khan, M.; Husain, Q.; Bushra, R. Immobilization of β-galactosidase on surface modified cobalt/multiwalled carbon nanotube nanocomposite improves enzyme stability and resistance to inhibitor. Int. J. Biol. Macromol. 2017, 105, 693-701. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  3. Traffano-Schiffo, M.V.; Castro-Giraldez, M.; Fito, P.J.; Santagapita, P.R. Encapsulation of lactase in Ca(II)-alginate beads: Effect of stabilizers and drying methods. Food Res. Int. 2017, 1000, 296-303. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  4. Borghini, R.; Donato, G.; Alvaro, D.; Picarelli, A. New insights in IBS-like disorders: Pandora's box has been opened; a review. Gastroenterol. Hepatol. Bed Bench 2017, 10, 79-89. [PubMed]
  5. Rossi, M.; Aggio, R.; Staudacher, H.M.; Lomer, M.C.; Lindsay, J.O.; Irving, P.; Probert, C.; Whelan, K. Volatile organic compounds in feces associate with response to dietary intervention in patients with irritable bowel syndrome. Clin. Gastroenterol. Hepatol. 2017, S1542-S3565, 31201-31216. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  6. Staudacher, H.M.; Lomer, M.C.E.; Farquharson, F.M.; Louis, P.; Fava, F.; Franciosi, E.; Scholz, M.; Tuohy, K.M.; Lindsay, J.O.; Irving, P.; et al. A diet low in fodmaps reduces symptoms in patients with irritable bowel syndrome and a probiotic restores Bifidobacterium species: A randomized controlled trial. Gastroenterology 2017, 153, 936-947. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  7. Cozma-Petrut, A.; Loghin, F.; Miere, D.; Dumitraşcu, D.L. Diet in irritable bowel syndrome: What to recommend, not what to forbid to patients! World J. Gastroenterol. 2017, 23, 3771-3783. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  8. Yuce, O.; Kalayci, A.G.; Comba, A.; Eren, E.; Caltepe, G. Lactose and fructose intolerance in Turkish children with chronic abdominal pain. Indian Pediatr. 2016, 53, 394-407. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  9. Pawłowska, K.; Umławska, W.; Iwańczak, B. Prevalence of lactose malabsorption and lactose intolerance in pediatric patients with selected gastrointestinal diseases. Adv. Clin. Exp. Med. 2015, 24, 863-871. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  10. Wierzbicka-Wos, A.; Cieslinski, H.; Wanarska, M.; Kozlowska-Tylingo, K.; Hildebrandt, P.; Kur, J. A novel cold-active β-D-galactosidase from the Paracoccus sp. 32d-gene cloning, purification and characterization. Microb. Cell Fact. 2011, 10, 108-119. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  11. Bialkowska, A.M.; Cieslinski, H.; Nowakowska, K.M.; Kur, J.; Turkiewicz, M. A new beta-galactosidase with a low temperature optimum isolated from the Antarctic Arthrobacter sp. 20B: Gene cloning, purification and characterization. Arch. Microbiol. 2009, 191, 825-835. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  12. Cavicchioli, R.; Charlto, T.; Ertan, H.; Mohd Omar, S.; Siddiqui, K.S.; Williams, T.J. Biotechnological uses of enzymes from psychrophiles. Microb. Biotechnol. 2011, 4, 449-460. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  13. Harju, M. Milk sugars and minerals as ingredients. Int. J. Dairy Technol. 2001, 54, 61-63. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  14. Kunz, C.; Rudloff, S. Biological functions of oligosaccharides in human milk. Acta Paediatr. 1993, 82, 903-912. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  15. Boehm, G.; Fanaro, S.; Jelinek, J.; Stahl, B.; Marini, A. Prebiotic concept for infant nutrition. Acta Paediatr. 2003, 92, 64-67. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  16. Chierici, R.; Fanaro, S.; Saccomandi, D.; Vigi, V. Advances in the modulation of the microbial ecology of the gut in early infancy. Acta Paediatr. 2003, 92, 56-63. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  17. Bujacz, A.; Jędrzejczak-Krzepkowska, M.; Bielecki, S.; Redzynia, I.; Bujacz, G. Crystal structures of the apo form of β-fructofuranosidase from Bifidobacterium longum and its complex with fructose. FEBS J. 2011, 278, 1728-1744. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  18. Salminen, S.; Endo, A.; Scalabrin, D. Early gut colonization with Lactobacilli and Staphylococcus in infants: The hygiene hypothesis extended. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 2016, 62, 80-86. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  19. Oliveira, D.L.; Wilbey, R.A.; Grandison, A.S.; Roseiro, L.B. Milk oligosaccharides: A review. Diary Technol. 2015, 68, 305-321. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  20. Lee, L.Y.; Bharani, R.; Biswas, A.; Lee, J.; Tran, L.-A.; Pecquet, S.; Steenhout, P. Normal growth of infants receiving an infant formula containing Lactobacillus reuteri, galacto-oligosaccharides, and fructo-oligosaccharide: A randomized controlled trial. Matern. Health Neonatol. Perinatol. 2015, 1, 9. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  21. Nguyen, T.T.P.; Bhandari, B.; Cichero, J.; Parakash, S. A comprehensive review on in vitro digestion of infant formula. Food Res. Int. 2015, 76, 373-386. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  22. Musilova, S.; Rada, V.; Vlkova, E.; Bunesova, V. Beneficial effects of human milk oligosaccharides on gut microbiota. Benef. Microbes 2014, 5, 273-283. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  23. Orrhage, K.; Nord, C.E. Factors controlling the bacterial colonization of the intestine in breastfed infants. Acta Paediatr. 1999, 88, 47-57. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  24. Li, M.; Monaco, M.H.; Wang, M.; Comstock, S.S.; Kuhlenschmidt, T.B.; Donovan, S.M. Human milk oligosaccharides shorten rotavirus-induced diarrhea and modulate piglet mucosal immunity and colonic microbiota. ISME J. 2014, 8, 1609-1620. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  25. McVeagh, P.; Miller., J.B. Human milk oligosaccharides: Only the breast. Acta Paediatr. 1997, 33, 281-286. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  26. Wallace, T.C.; Marzorati, M.; Spence, L.; Weaver, C.M.; Williamson, P.S. New frontiers in fibers: Innovative and emerging research on the gut microbiome and bone health. J. Am. Coll. Nutr. 2017, 36, 218-222. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  27. Whisner, C.M.; Martin, B.R.; Schoterman, M.H.; Nakatsu, C.H.; McCabe, L.D.; Wastney, M.E.; van den Heuvel, E.G.; Weaver, C.M. Galacto-oligosaccharides increase calcium absorption and gut Bifidobacteria in young girls: A double-blind cross-over trial. Br. J. Nutr. 2013, 110, 1292-1303. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  28. Weaver, C.M.; Martin, B.R.; Nakatsu, C.H.; Armstrong, A.P.; Clavijo, A.; McCabe, L.D.; McCabe, G.P.; Duignan, S.; Schoterman, M.H.; van den Heuvel, E.G. Galactooligosaccharides improve mineral absorption and bone properties in growing rats through gut fermentation. J. Agric. Food Chem. 2011, 59, 6501-6510. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  29. Hughes, C.; Davoodi-Semiromi, Y.; Colee, J.C.; Culpepper, T.; Dahl, W.J.; Mai, V.; Christman, M.C.; Langkamp-Henken, B. Galactooligosaccharide supplementation reduces stress-induced gastrointestinal dysfunction and days of cold or flu: A randomized, double-blind, controlled trial in healthy university students. Am. J. Clin. Nutr. 2011, 93, 1305-1311. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  30. Mussatto, S.I.; Mancilha, I.M. Non-digestible oligosaccharides: A review. Carbohydr. Polym. 2007, 68, 587-597. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  31. Swennen, K.; Courtin, C.M.; Delcour, J.A. Non-digestible oligosaccharides with prebiotic properties. Crit. Rev.. otwiera się w nowej karcie
  32. Food Sci. Nutr. 2006, 459-471. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  33. Juers, D.H.; Heightman, T.D.; Vasella, A.; McCarter, J.D.; Mackenzie, L.; Withers, S.G.; Matthews, B.W. A structural view of the action of Escherichia coli (lacZ) β-galactosidase. Biochemistry 2001, 40, 14781-14794. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  34. Skalova, T.; Dohnalek, J.; Spiwok, V.; Lipovova, P.; Vondrackova, E.; Petrokova, H.; Duskova, J.; Strnad, H.; Kralova, B.; Hasek, J. Cold-active beta-galactosidase from Arthrobacter sp. C2-2 forms compact 660 kDa hexamers: Crystal structure at 1.9 Å resolution. J. Mol. Biol. 2005, 353, 282-294. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  35. Faning, S.; Leahy, M.; Sheehan, M. Nucleotide and deduced amino acid sequences of Rhizobium meliloti 102F34 lacZ gene: Comparison with prokaryotic beta-galactosidases and human beta-glucuronidase. Gene 1994, 141, 91-96. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  36. Burchhardt, G.; Bahl, H. Cloning and analysis of the beta-galactosidase-encoding gene from Clostridium thermosulfurogenes EM1. Gene 1991, 106, 13-19. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  37. Rutkiewicz-Krotewicz, M.; Pietrzyk-Brzezinska, A.J.; Sekula, B.; Cieslinski, H.; Wierzbicka-Wos, A.; Kur, J.; Bujacz, A. Structural studies of a cold-adapted dimeric β-D-galactosidase from Paracoccus sp. 32d. Acta Crystallogr. D 2016, 72, 1049-1061. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  38. Pawlak-Szukalska, A.; Wanarska, M.; Popinigis, A.T.; Kur, J. A novel cold-active β-D-galactosidase with transglycosylation activity from the Antarctic Arthrobacter sp. 32cB-gene cloning, purification and characterization. Process. Biochem. 2014, 49, 2122-2133. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  39. Shaw Stewart, P.D.; Kolek, S.A.; Briggs, R.A.; Chayen, N.E.; Baldock, P.F.M. Random microseeding: A theoretical and practical exploration of seed stability and seeding techniques for successful protein crystallization. Cryst. Growth Des. 2011, 11, 3432-3441. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  40. Bujacz, G.; Wrzesniewska, B.; Bujacz, A. Cryoprotection properties of salts of organic acids: A case study for a tetragonal crystal of hew lysozyme. Acta Crystallogr. D 2010, 66, 789-796. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  41. Sparta, K.M.; Krug, M.; Heinemann, U.; Mueller, U.; Weiss, M.S. Xdsapp2.0. J. Appl. Crystallogr. 2016, 49, 1085-1092. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  42. McCoy, A.J.; Grosse-Kunstleve, R.W.; Adams, P.D.; Winn, M.D.; Storoni, L.C.; Read, R.J. Phaser crystallographic software. J. Appl. Cryst. 2007, 40, 658-674. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  43. Emsley, P.; Cowtan, K. Coot: Model-building tools for molecular graphics. Acta Crystallogr. D 2004, 60, 2126-2132. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  44. Murshudov, G.N.; Vagin, A.A.; Dodson, E.J. Refinement of macromolecular structures by the maximum-likelihood method. Acta Crystallogr. D 1997, 53, 240-255. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  45. Winn, M.D.; Isupov, M.N.; Murshudov, G.N. Use of TLS parameters to model anisotropic displacements in macromolecular refinement. Acta Crystallogr. D 2001, 57, 122-133. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  46. Gerday, C. Psychrophily and catalysis. Biology 2013, 2, 719-741. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  47. Bujacz, A.; Rutkiewicz-Krotewicz, M.; Nowakowska-Sapota, K.; Turkiewicz, M. Crystal structure and enzymatic properties of a broad substrate-specificity psychrophilic aminotransferase from the Antarcticsoil bacterium Psychrobacter sp. B6. Acta Crystallogr. D 2015, 71, 632-645. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  48. Krissnel, E.; Henrick, K. Interference of macromolecular assemblies from crystalline state. J. Mol. Biol. 2007, 372, 774-797. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  49. Talens-Perales, D.; Polaina, J.; Marín-Navarro, J. Enzyme Engineering for Oligosaccharide Biosynthesis. In Frontier Discoveries and Innovations in Interdisciplinary Microbiology; Springer: New Delhi, India, 2016; Chapter 2; pp. 9-31. otwiera się w nowej karcie
Politechnika Gdańska

wyświetlono 61 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi