An engineered GH1 ss-glucosidase displays enhanced glucose tolerance and increased sugar release from lignocellulosic materials

Autor(es)

Santos, Clelton A. ^{[1, 2]} ; Morais, Mariana A. B. ^[3] ; Terrett, Oliver M. ^[2] ; Lyczakowski, Jan J. ^{[2, 4, 5]} ; Zanphorlin, Leticia M. ^[3] ; Ferreira, Jaire A. ^[1] ; Tonoli, Celisa C. C. ^[6] ; Murakami, Mario T. ^[3] ; Dupree, Paul ^{[2, 4, 5]} ; Souza, Anete P. ^{[7, 1]}

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Estadual Campinas, Ctr Biol Mol & Engn Genet, Campinas, SP - Brazil

^[2] Univ Cambridge, Dept Biochem, Cambridge - England

^[3] Ctr Nacl Pesquisa Energia & Mat, Lab Nacl Ciencia & Tecnol Bioetanol, Campinas, SP - Brazil

^[4] Univ Cambridge, Nat Mat Innovat Ctr, Cambridge - England

^[5] Univ Cambridge, OpenPlant Synthet Biol Res Ctr, Dept Plant Sci, Cambridge - England

^[6] Ctr Nacl Pesquisa Energia & Mat, Lab Nacl Biociencias, Campinas, SP - Brazil

^[7] Univ Estadual Campinas, Inst Biol, Dept Biol Vegetal, Campinas, SP - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: SCIENTIFIC REPORTS; v. 9, MAR 20 2019.
• Citações Web of Science: 2

Resumo

ss-glucosidases play a critical role among the enzymes in enzymatic cocktails designed for plant biomass deconstruction. By catalysing the breakdown of ss-1, 4-glycosidic linkages, ss-glucosidases produce free fermentable glucose and alleviate the inhibition of other cellulases by cellobiose during saccharification. Despite this benefit, most characterised fungal ss-glucosidases show weak activity at high glucose concentrations, limiting enzymatic hydrolysis of plant biomass in industrial settings. In this study, structural analyses combined with site-directed mutagenesis efficiently improved the functional properties of a GH1 ss-glucosidase highly expressed by Trichoderma harzianum (ThBgl) under biomass degradation conditions. The tailored enzyme displayed high glucose tolerance levels, confirming that glucose tolerance can be achieved by the substitution of two amino acids that act as gatekeepers, changing active-site accessibility and preventing product inhibition. Furthermore, the enhanced efficiency of the engineered enzyme in terms of the amount of glucose released and ethanol yield was confirmed by saccharification and simultaneous saccharification and fermentation experiments using a wide range of plant biomass feedstocks. Our results not only experimentally confirm the structural basis of glucose tolerance in GH1 ss-glucosidases but also demonstrate a strategy to improve technologies for bioethanol production based on enzymatic hydrolysis. (AU)

• Processo FAPESP: 16/19995-0 - Análise da diversidade estrutural e funcional das enzimas pertencentes à família GH43 em Xanthomonas axonopodis pv. citri: implicações biológicas e possíveis aplicações biotecnológicas
• Beneficiário: Mariana Abrahão Bueno de Morais
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/26982-0 - Explorando novas estratégias para a despolimerização de polissacarídeos da parede celular vegetal: da estrutura, função e desenho racional de hidrolases glicosídicas às implicações biológicas e potenciais aplicações biotecnológicas
• Beneficiário: Mário Tyago Murakami
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 17/17390-7 - Bases moleculares da especificidade de substrato, atividade enzimática não-usual e relações sinergísticas de beta-glucosidases de Trichoderma harzianum
• Beneficiário: Clelton Aparecido dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/09202-0 - Estudo de regiões genômicas de Trichoderma harzianum associadas ao controle da expressão de enzimas envolvidas na degradação de biomassa
• Beneficiário: Anete Pereira de Souza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular