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Caracterização funcional, estrutural e aplicação biotecnológica de mono-oxigenases líticas de polissacarídeos do cupim inferior Coptotermes gestroi

Processo: 16/09950-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de novembro de 2016
Vigência (Término): 31 de janeiro de 2022
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
Pesquisador responsável:Fábio Márcio Squina
Beneficiário:João Paulo Lourenço Franco Cairo
Instituição-sede: Pró-Reitoria de Pós-Graduação, Pesquisa, Extensão e Inovação. Universidade de Sorocaba (UNISO). Sorocaba , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:15/50590-4 - Valorização da lignina em plantas de etanol celulósico: a conversão biocatalítica via ácido ferúlico a produtos químicos de alto valor, AP.BIOEN.TEM
Bolsa(s) vinculada(s):17/11952-3 - Estudos estruturais e de espectroscopia em LPMOs de Cupins, BE.EP.PD
Assunto(s):Enzimas   Mono-oxigenases líticas de polissacarídeos   Celulase   Arthropoda   Cupim   Coptotermes gestroi

Resumo

Cupins são insetos sociais que vivem em colônias dividindo o trabalho entre castas. De modo geral, esses insetos são detritívoros e a sua dieta é baseada principalmente em compostos lignocelulósicos. A degradação da celulose e hemiceluloses pela casta operária pode atingir cerca de 75-90% de eficiência, sendo a lignina parcialmente degradada ou modificada. A digestão da lignocelulose ocorre no trato digestivo, através da secreção de enzimas ativas em carboidratos (CAZymes), entre elas, as hidrolases glicosídicas, tais como celulases e hemicelulases. Essas enzimas são secretadas pelo próprio cupim no intestino anterior e médio, e no intestino posterior pelos simbiontes, tais como protozoários e bactérias. Com base na literatura recente, juntamente com estudos do nosso grupo, o que se conhece sobre a diversidade das hidrolases glicosídicas endógenas de cupins e de seus simbiontes, não é suficiente para explicar a competência na degradação da lignoceluloses recalcitrantes deste inseto. Neste sentido, a literatura, corroborado com resultados do grupo, sugerem que mecanismos oxidativos devem estar envolvidos, complementando as enzimas hidrolíticas para a degradação do material lignocelulósico. Dados genômicos não publicados do nosso grupo, revelaram a presença de dois genes no genoma do cupim inferior Coptotermes gestroi que codificam duas proteínas, descritas como hipotéticas, as quais contém um domínio de ligação a quitina (Pfam 03067), recentemente re-classificado como domínio "mono-oxigenase lítica de polissacarídeos da família 10" ou LPMO_10. Esse domínio protéico codifica metalo-enzimas oxidativas chamadas de mono-oxigenases lítica de polissacarídeos (LPMOs), que clivam celulose/hemicelulose por oxidação ao invés de hidrólise. Esta classe de enzima tornou-se recentemente o principal foco das pesquisas acadêmicas e da indústria de enzimas lignocelulolíticas, devido a sua importância biotecnológica, e até o momento caracterizações funcionais foram realizadas somente com enzimas de origem bacteriana. De acordo com o banco de dados do Pfam, o domínio LMPO_10 está presente em mais de 200 sequências ortólogas distribuídas por 44 organismos no reino Metazoa principalmente de organismos do filo Arthropoda e da classe Insecta. Em sua grande maioria, essa proteínas são descritas como hipotéticas ou sem função devido a ausência de caracterizações funcionais e estruturais. Deste modo, esta proposta tem como objetivo investigar o domínio LPMO_10 em cupins e no reino Metazoa e em especial no filo Arthropoda, enfatizando o papel que essas enzimas exercem na fisiologia digestiva de C. gestroi. Para isso, os genes de C. gestroi CGAA10-1 e CGAA10-2, e mais 6 genes ortólogos no reino Metazoa serão submetidos a otimização de códons e sintetização in-vitro para expressão heteróloga em E. coli. As proteínas purificadas serão submetidas a uma caracterização funcional visando correlacionar a sua atividade enzimática com a evolução da especificidade por substratos dessas LMPOs. Além disso, estudos estruturais comparativos serão realizados entre CgAA10-1 ou CgAA10-2 com as AA10 de bactérias disponíveis no banco do PDB. Assim, espera-se com este estudo apresentar uma nova classe de enzimas, prover base para inaugurar uma nova grupo de LPMOs de origem Metazoa, enzimas essas com potencial aplicação biotecnológica, incluindo a suplementação de coquetéis celulolíticos comerciais, uma vez que as LPMOs são descritas por aumentar sacarificação de material lignocelulósico em cerca de 40%. (AU)

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Publicações científicas (5)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
ALVAREDO PAIXAO, DOUGLAS ANTONIO; TOMAZETTO, GEIZECLER; SODRE, VICTORIA RAMOS; GONCALVES, THIAGO A.; UCHIMA, CRISTIANE AKEMI; BUCHLI, FERNANDA; ALVAREZ, THABATA MARIA; PERSINOTI, GABRIELA FELIX; DA SILVA, MARCIO JOSE; BRAGATTO, JULIANO; LIBERATO, MARCELO VIZONA; FRANCO CAIRO, JOAO PAULO L.; PAES LEME, ADRIANA FRANCO; SQUINA, FABIO MARCIO. Microbial enrichment and meta-omics analysis identify CAZymes from mangrove sediments with unique properties. Enzyme and Microbial Technology, v. 148, AUG 2021. Citações Web of Science: 0.
MOREIRA, EDIMAR A.; PERSINOTI, GABRIELA F.; MENEZES, LETICIA R.; PAIXAO, DOUGLAS A. A.; ALVAREZ, THABATA M.; CAIRO, JOAO P. L. FRANCO; SQUINA, FABIO M.; COSTA-LEONARDO, ANA MARIA; RODRIGUES, ANDRE; SILLAM-DUSSES, DAVID; ARAB, ALBERTO. Complementary Contribution of Fungi and Bacteria to Lignocellulose Digestion in the Food Stored by a Neotropical Higher Termite. FRONTIERS IN ECOLOGY AND EVOLUTION, v. 09, APR 26 2021. Citações Web of Science: 0.
FRANCO CAIRO, JOAO PAULO L.; CANNELLA, DAVID; OLIVEIRA, LEANDRO C.; GONCALVES, THIAGO A.; RUBIO, MARCELO V.; TERRASAN, CESAR R. F.; TRAMONTINA, ROBSON; MOFATTO, LUCIANA S.; CARAZZOLLE, MARCELO F.; GARCIA, WANIUS; FELBY, CLAUS; DAMASIO, ANDRE; WALTON, PAUL H.; SQUINA, FABIO. On the roles of AA15 lytic polysaccharide monooxygenases derived from the termite Coptotermes gestroi. Journal of Inorganic Biochemistry, v. 216, MAR 2021. Citações Web of Science: 1.
CORREA, THAMY L. R.; FRANCO CAIRO, JOAO PAULO L.; COTA, JUNIO; DAMASIO, ANDRE; OLIVEIRA, LEANDRO C.; SQUINA, FABIO M. A novel mechanism of beta-glucosidase stimulation through a monosaccharide binding-induced conformational change. International Journal of Biological Macromolecules, v. 166, p. 1188-1196, JAN 1 2021. Citações Web of Science: 0.
BRENELLI, LIVIA B.; PERSINOTI, GABRIELA F.; FRANCO CAIRO, JOAO PAULO L.; LIBERATO, MARCELO V.; GONCALVES, THIAGO AUGUSTO; OTERO, IGOR V. R.; MAINARDI, PEDRO H.; FELBY, CLAUS; SETTE, LARA D.; SQUINA, FABIO M. Novel redox-active enzymes for ligninolytic applications revealed from multiomics analyses of Peniophora sp. CBMAI 1063, a laccase hyper-producer strain. SCIENTIFIC REPORTS, v. 9, NOV 26 2019. Citações Web of Science: 0.

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