Developing methods for producing and evaluating DNA-protein conjugates for use in DNA microscopy
2022 (English) Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis Alternative title
Utveckling av metoder för att producera och evaluera DNA-protein konjugat för användning inom DNA-mikroskopi (Swedish)
Abstract [sv]
DNA-mikroskopi är ett nytt område som använder DNAs höga informationslagringskapacitet för att skapa och lagra information om positioner av strukturer eller molekyler som för närvarande visualiseras med högupplösta metoder baserade på ljusmikroskopi där den höga upplösningen ofta möjliggörs av specialiserad användning av fluoroforer. Genom att använda DNA-strängar som kan sammanfoga unika molekylärar identifierarna för två separata strängar, kan ett matematiskt nätverk av grannar skapas. Denna kan i sin tur möjliggöra en bildrekonstruktion av de enskilda molekylernas positioner i rymden. Metoden som detta projekt arbetade mot skulle använda affinitetsproteiner, specifikt så kallade nanokroppar, kemiskt konjugerade till DNA som ett sätt att förandra DNA till proteiner av intresse. Nanobodies är fragment av den variabla delen från antikroppar med enbart den tunga kedjan, där de som används har två tillsatta taggar, en för rening och en för att ta bort taggar. Metoder för att producera taggade prekursor-nanobodies från bakterier utfördes och utvärderades, såväl som de parametrar som krävs för framgångsrik proteasnedbrytning till en mogen nanobody. Ett reduktionsmedel, DTT, visade sig vara avgörande för effektiv proteasnedbrytning. För att fastställa orienteringen av taggarna på nanobodien och deras möjliga effekt på målbinding skapades också en homologimodell av de fusionstaggade nanobodierna. Modellen visade att taggarna var nära de målbindande regionerna i nanobodien och kunde störa bindningen om de inte avlägsnades genom proteasnedbrytning. En ELISA för att fastställa aktiviteten hos producerade nanokroppar utfördes och utvärderades, och visade vikten av att kontrollera för överblivna reaktanter när en kemisk konjugering utfördes. Ett komplett arbetsflöde för att producera och evaluera protein-DNA-konjugat utfördes, utvärderades och visade på möjliga framgångsrikt konjugerade produkter men ytterligare bekräftning krävs.
Abstract [en]
DNA microscopy is a new field using the high information storage capacity of DNA to create and store information regarding the locations of structures or molecules currently visualized by highly resolute methods based on light microscopy, the increased resolution often facilitated by specialized use of fluorophores. Using DNA strands that can concatenate the unique molecular identifiers of two separate DNA strands, the generation of a mathematical network of neighbours would be possible. In turn, this would allow an image reconstruction of the individual molecules locations in space. The method that this project worked towards would use affinity proteins, specifically nanobodies, chemically conjugated to DNA as a way of anchoring DNA to proteins of interest. Nanobodies are a variable region fragment of heavy-chain only antibodies, with the ones used having two added tags, one for purification and on for tag-removal. Methods for producing tagged precursor nanobodies from bacterial stocks were performed and evaluated, as well as the parameters required for successful protease digestion into a mature nanobodies. A reducing agent, DTT, was shown to be crucial for efficient digestion. To establish the orientation of the tags on the nanobody and their possible effect on target binding, a homology model of the fusion-tagged nanboodies was also created. The model showed that the tags were close to the target binding regions of the nanobody, and could interfere with binding if not removed by protease digestion. An ELISA for establishing the activity of produced nanobodies was performed and evaluated, and showed the importance of controlling for leftover reactants when performing a chemical conjugation. A complete workflow for producing and assessing protein-DNA conjugates was performed, evaluated and showed possible successfully conjugated products however alternative methods are needed for confirmation.
Place, publisher, year, edition, pages 2022.
Series
TRITA-CBH-GRU ; 2022:317
Keywords [en]
Protein production, ELISA, Click chemistry, Homology modelling, DNA-protein conjugates
Keywords [sv]
Protein produktion, ELISA, Klick-kemi, Homologimodellering, DNA-protein konjugation
National Category
Medical Biotechnology (with a focus on Cell Biology (including Stem Cell Biology), Molecular Biology, Microbiology, Biochemistry or Biopharmacy)
Identifiers URN: urn:nbn:se:kth:diva-321599 OAI: oai:DiVA.org:kth-321599 DiVA, id: diva2:1711725
Subject / course Biotechnology
Educational program Master of Science - Medical Biotechnology
Examiners
2022-11-182022-11-182022-11-18