Microbial enrichment and meta-omics analysis identify CAZymes from mangrove sediments with unique properties

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Alvaredo Paixao, Douglas Antonio ^[1] ; Tomazetto, Geizecler ^[2] ; Sodre, Victoria Ramos ^{[3, 4]} ; Goncalves, Thiago A. ^{[3, 4]} ; Uchima, Cristiane Akemi ^[1] ; Buchli, Fernanda ^[1] ; Alvarez, Thabata Maria ^[5] ; Persinoti, Gabriela Felix ^[1] ; da Silva, Marcio Jose ^[6] ; Bragatto, Juliano ^[1] ; Liberato, Marcelo Vizona ^{[4, 1]} ; Franco Cairo, Joao Paulo L. ^{[3, 4]} ; Paes Leme, Adriana Franco ^[7] ; Squina, Fabio Marcio ^[4]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Ctr Nacl Pesquisa Energia & Mat, Lab Nacl Biorenovaveis, Campinas, SP - Brazil

^[2] Aarhus Univ, Dept Biol & Chem Engn BCE, DK-8200 Aarhus - Denmark

^[3] Univ Estadual Campinas, Inst Biol, Dept Bioquim & Biol Tecidual, Campinas, SP - Brazil

^[4] Univ Sorocaba, Programa Proc Tecnol & Ambientais, Sorocaba - Brazil

^[5] Univ Posit, Grad Programme Ind Biotechnol, Curitiba, Parana - Brazil

^[6] Univ Estadual Campinas, Ctr Biol Mol & Engn Genet, Campinas, SP - Brazil

^[7] Ctr Nacl Pesquisa Energia & Mat, Lab Nacl Biociencias, Campinas, SP - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Enzyme and Microbial Technology; v. 148, AUG 2021.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

Although lignocellulose is the most abundant and renewable natural resource for biofuel production, its use remains under exploration because of its highly recalcitrant structure. Its deconstruction into sugar monomers is mainly driven by carbohydrate-active enzymes (CAZymes). To develop highly efficient and fast strategies to discover biomass-degrading enzymes for biorefinery applications, an enrichment process combined with integrative omics approaches was used to identify new CAZymes. The lignocellulolytic-enriched mangrove microbial community (LignoManG) established on sugarcane bagasse (SB) was enriched with lignocellulolytic bacteria and fungi such as Proteobacteria, Bacteroidetes, Basidiomycota, and Ascomycota. These microbial communities were able to degrade up to 55 % of the total SB, indicating the production of lignocellulolytic enzymes. Metagenomic analysis revealed that the LignoManG harbors 18.042 CAZyme sequences such as of cellulases, hemicellulases, carbohydrate esterases, and lytic polysaccharide monooxygenase. Similarly, our metaproteomic analysis depicted several enzymes from distinct families of different CAZy families. Based on the LignoManG data, a xylanase (coldXynZ) was selected, amplified, cloned, expressed, and biochemically characterized. The enzyme displayed psicrofilic properties, with the highest activity at 15 degrees C, retaining 77 % of its activity when incubated at 0 degrees C. Moreover, molecular modeling in silico indicated that coldXynZ is composed of a TIM barrel, which is a typical folding found in the GH10 family, and displayed similar structural features related to cold-adapted enzymes. Collectively, the data generated in this study represent a valuable resource for lignocellulolytic enzymes with potential biotechnological applications. (AU)

• Processo FAPESP: 12/19040-0 - Caracterização da expressão gênica do fungo Neurospora crassa na desconstrução do bagaço de cana de açúcar
• Beneficiário: Cristiane Akemi Uchima
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/50590-4 - Valorização da lignina em plantas de etanol celulósico: a conversão biocatalítica via ácido ferúlico a produtos químicos de alto valor
• Beneficiário: Fábio Márcio Squina
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
• Processo FAPESP: 14/04105-4 - Caracterização estrutural e funcional de novas celulases com foco na relação entre domínios catalíticos e CBMs
• Beneficiário: Marcelo Vizoná Liberato
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 16/09950-0 - Caracterização funcional, estrutural e aplicação biotecnológica de mono-oxigenases líticas de polissacarídeos do cupim inferior Coptotermes gestroi
• Beneficiário: João Paulo Lourenço Franco Cairo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/23279-6 - Análise metagenômica e metasecretômica de um consórcio microbiano enriquecido de fungos anaeróbicos degradador de bagaço de cana: prospecção de celulossomas e enzimas lignocelulolíticas
• Beneficiário: Geizecler Tomazetto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/18101-1 - Desenvolvimento do sistema CRISPR/Cas9 em Rhodococcus jostii RHA1 para produção de químicos de alto valor a partir de correntes de lignina
• Beneficiário: Victoria Ramos Sodré de Castro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 17/16089-1 - Produção de correntes de lignina, triagem metagenômica e conversão biocatalítica de lignina em ácido ferúlico
• Beneficiário: Thiago Augusto Gonçalves
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado