Engineering enzyme access tunnels

Enzymes are efficient and specific catalysts for many essential reactions in biotechnological and pharmaceutical industries. Many times, the natural enzymes do not display the catalytic efficiency, stability or specificity required for these industrial processes. The current enzyme engineering methods offer solutions to this problem, but they mainly target the buried active site where the chemical reaction takes place. Despite being many times ignored, the tunnels and channels connecting the environment with the active site are equally important for the catalytic properties of enzymes. Changes in the enzymatic tunnels and channels affect enzyme activity, specificity, promiscuity, enantioselectivity and stability. This review provides an overview of the emerging field of enzyme access tunnel engineering with case studies describing design of all the aforementioned properties. The software tools for the analysis of geometry and function of the enzymatic tunnels and channels and for the rational design of tunnel modifications will also be discussed. The combination of new software tools and enzyme engineering strategies will provide enzymes with access tunnels and channels specifically tailored for individual industrial processes

Caver Web 1.0: identification of tunnels and channels in proteins and analysis of ligand transport

Caver Web 1.0 is a web server for comprehensive analysis of protein tunnels and channels, and study of the ligands’ transport through these transport pathways. Caver Web is the first interactive tool allowing both the analyses within a single graphical user interface. The server is built on top of the abundantly used tunnel detection tool Caver 3.02 and CaverDock 1.0 enabling the study of the ligand transport. The program is easy-to-use as the only required inputs are a protein structure for a tunnel identification and a list of ligands for the transport analysis. The automated guidance procedures assist the users to set up the calculation in a way to obtain biologically relevant results. The identified tunnels, their properties, energy profiles and trajectories for ligands’ passages can be calculated and visualized. The tool is very fast (2–20 min per job) and is applicable even for virtual screening purposes. Its simple setup and comprehensive graphical user interface make the tool accessible for a broad scientific community. The server is freely available at https://loschmidt.chemi.muni.cz/caverweb.Caver Web 1.0 je webový server pro komplexní analýzu tunelů a kanálů v proteinech a pro studium transportu ligandu přes tyto transportní cesty. Caver Web je první interaktivní nástroj umožňující obě analýzy v jednom grafickém uživatelském rozhraní. Server je vybudován nad hojně užívaným nástrojem pro detekci tunelů Caver 3.02 a nad CaverDock 1.0 umožňujícím studium transportu ligandů. Program se snadno ovládá, jelikož vyžaduje pouze strukturu proteinu pro identifikaci tunelů a seznam ligandů pro analýzu transportu. Procedury pro automatické nastavení výpočtů asistují uživatelům tak, aby získali biologicky relevantní výsledky. Identifikované tunely, jejich vlastnosti, energetické profily a trajektorie průchodů ligandů mohou být spočítány a vizualizovány. Nástroj je velmi rychlý (2-20 minut na úlohu) a je použitelný dokonce pro virtuální screening. Jeho snadné nastavení a ucelené grafické rozhraní dělá nástroj přístupným pro širokou vědeckou komunitu. Server je volně k dispozici na https://loschmidt.chemi.muni.cz/caverweb

”Lähtökohdista riippumatta kannattaa osallistua” : esite riskikäyttäytyvien nuorten tavoittamiseksi vertaisryhmätoimintaan

Nuorten kiinnittyminen ryhmätapaamisiin tai tapahtumiin voi olla hyvin haastavaa. Osalla nuorilla kiinnittyminen ryhmiin saattaa olla tunnepohjaista ja tilannekohtaista. Halutun kohderyhmän tavoittamiseksi on tärkeää löytää parhaiten kohderyhmän tavoittavat mainonnan muodot sekä välineet. Erityisesti nuoren elämässä vertaissuhteilla on suuri merkitys. Vertaistuki voi parantaa yksilön palveluihin sitoutumista. Opinnäytetyö toteutettiin kehittämistyönä, jossa kehitettiin esite nuorten tavoittamiseksi vertaisryhmätoimintaan. Toimeksiantajana opinnäytetyössä oli Äxöniä – elämyksiä ja itsensä ylittämistä pienryhmissä 15–29-vuotiaille. Hanke tarvitsi esitteen ryhmätoiminnan markkinoimiseksi, jotta kohderyhmän nuoret saadaan tavoitettua ja he saavat tarvittavaa tietoa vertaisryhmätoiminnasta. Opinnäytetyö toteutettiin kehittämistyön lineaarisen mallin mukaan. Teoriaosuudessa käsiteltiin nuorten osallisuutta vertaisryhmätoiminnassa, nuorten riskikäyttäytymistä sekä markkinoivaa esitettä. Kehittämistyön tiedonkeruumenetelmänä käytettiin teemahaastattelua, jossa haastateltiin vertaisryhmätoimintaan osallistuvia nuoria. Teemahaastattelun teemoja olivat esitteen visuaalinen ilme, sisältö, markkinointikanavat sekä vertaisryhmätoiminta. Teemahaastattelusta saatujen tietojen perusteella tehtiin esite, joka pyrittiin saamaan nuorten itsensä näköiseksi ja heihin vetoavaksi. Esitteelle tehtiin jakelusuunnitelma, jotta esite tavoittaisi kohderyhmän nuoret ja sitouttaisi heidät ryhmätoimintaan. Kohderyhmän tavoittamiseen teemahaastattelusta kerättyä tietoa voidaan jatkossa hyödyntää nuorten tavoittamisessa ja sitouttamisessa ryhmätoimintaan. Jatkotoimenpiteenä nuorten tavoittamiseksi olisi mielenkiintoista haastatella suurempaa joukkoa nuoria, jotka käyvät vertaisryhmätoiminnassa ja tutkia ryhmätoiminnan merkitystä nuorille sekä mitkä tekijät sitouttavat nuoria osallistumaan vertaisryhmätoimintaan.For some young people, engaging in group meetings or events can be very challenging, and their attachment to groups is highly emotional and situational. To reach the desired target audience, it is important to find the most effective forms and tools of advertising that reach the target group best. Especially at a young age peer-to-peer relationship has a big impact. Peer support can enhance the individual’s commitment in engaging services. The thesis was implemented as a development project. The thesis focused on developing a brochure to reach out to young people for peer group activities. The client organisation of the thesis was Action – experiences and self-transcendences in small groups for youth aged 15-29 years. The project needed a brochure for marketing group activities to ensure that the targeted young people are reached, and the brochure provided necessary information about peer group activities. The thesis was implemented according to the linear model of development work. In the theoretical part topics such as participation in peer group activities among young people, youth with risk behavior, and marketing the brochure were discussed. The data collection method used in the development work was a thematic interview with young people participating in peer group activities. The themes of the interview were visual appearance, content, marketing channels and peer group activities. Based on the results of the thematic interview, a visually appealing and resonating brochure for young people was prepared. The delivery plan of the brochure was also formulated to reach the targeted young people and to engage them in group activities. In the future the information gathered from the thematic interview can be used of to reach and engage young people in group activities. A larger group of young people in group activities could be studied to find out what is the importance of peer group activities for them, and what kind of factors engage young people to participate in peer group activities

CAVER Analyst 2.0: Analýza a vizualizace kanálů a tunelů v proteinových strukturách a trajektoriích molekulární dynamiky

Motivace: Studování transportních cest ligandů, molekul rozpouštědla nebo iontů v trans-membránových proteinech a proteinech s hluboce skrytými aktivním místy tvoří základ k porozumění jejich biologické funkce. Detailní analýza strukturálních vlastností ovlivňujících transportní cesty je také důležitá při výrobě proteinů pro bio-medicínské a bio-technologické aplikace. Výsledky: CAVER Analyst 2.0 je softwarový nástroj pro kvantitativní analýzu a vizualizaci tunelů a kanálů v reálném čase ve statických a dynamických strukturách. Tato verze poskytuje uživatelům mnoho nových funkcí zahrnujících pokročilé techniky intuitivní vizuální inspekce prostoro-časového chování tunelů a kanálů. Novátorské algoritmy zde přináší možnost provádět efektivní analýzu a redukci dat ve velkých proteinových strukturách a simulacích molekulární dynamiky. Dostupnost a implementace: CAVER Analyst 2.0 je multi-platformní samostatná aplikace založená na jazyce Java. Aplikace a dokumentace jsou volně k dispozici na adrese www.caver.cz.Motivation: Studying the transport paths of ligands, solvents, or ions in transmembrane proteins and proteins with buried binding sites is fundamental to the understanding of their biological function. A detailed analysis of the structural features influencing the transport paths is also important for engineering proteins for biomedical and biotechnological applications. Results: CAVER Analyst 2.0 is a software tool for quantitative analysis and real-time visualization of tunnels and channels in static and dynamic structures. This version provides the users with many new functions, including advanced techniques for intuitive visual inspection of the spatiotemporal behavior of tunnels and channels. Novel integrated algorithms allow an efficient analysis and data reduction in large protein structures and molecular dynamic simulations. Availability and implementation: CAVER Analyst 2.0 is a multi-platform standalone Java-based application. Binaries and documentation are freely available at www.caver.cz