Applying biochemical and structural characterization of hydroxycinnamate catabolic enzymes from soil metagenome for lignin valorization strategies

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Goncalves, Thiago Augusto ; Sodre, Victoria ; da Silva, Stephanie Nemesio ; Vilela, Nathalia ; Tomazetto, Geizecler ; Araujo, Juscemacia Nascimento ; Muniz, Joao Renato C. ; Fill, Taicia Pacheco ; Damasio, Andre ; Garcia, Wanius ; Squina, Fabio Marcio

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Applied Microbiology and Biotechnology; v. 106, n. 7, p. 14-pg., 2022-03-30.

Resumo

The biocatalytic production of fuels and chemicals from plant biomass represents an attractive alternative to fossil fuel-based refineries. In this context, the mining and characterization of novel biocatalysts can promote disruptive innovation opportunities in the field of lignocellulose conversion and valorization. In the present work, we conducted the biochemical and structural characterization of two novel hydroxycinnamic acid catabolic enzymes, isolated from a lignin-degrading microbial consortium, a feruloyl-CoA synthetase, and a feruloyl-CoA hydratase-lyase, named LM-FCS2 and LM-FCHL2, respectively. Besides establishing the homology model structures for novel FCS and FCHL members with unique characteristics, the enzymes presented interesting biochemical features: LM-FCS2 showed stability in alkaline pHs and was able to convert a wide array of p-hydroxycinnamic acids to their respective CoA-thioesters, including sinapic acid; LM-FCHL2 efficiently converted feruloyl-CoA and p-coumaroyl-CoA into vanillin and 4-hydroxybenzaldehyde, respectively, and could produce vanillin directly from ferulic acid. The coupled reaction of LM-FCS2 and LM-FCHL2 produced vanillin, not only from commercial ferulic acid but also from a crude lignocellulosic hydrolysate. Collectively, this work illuminates the structure and function of two critical enzymes involved in converting ferulic acid into high-value molecules, thus providing valuable concepts applied to the development of plant biomass biorefineries. (AU)

• Processo FAPESP: 17/16976-8 - Caracterização biofísica e bioquímica de duas enzimas bacterianas envolvidas na conversão de ácido ferúlico em vanilina
• Beneficiário: Juscemácia Nascimento Araujo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 20/05784-3 - EMU concedido no processo 15/50590-4: sistema cromatográfico e detectores para análise de açúcares e monolignois de lignocelulose
• Beneficiário: Fábio Márcio Squina
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• 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: 17/17275-3 - Estudos do modo de ação de duas mono-oxigenases líticas de polissacarídeos de inseto (ordem isoptera): estrutura molecular, química bioinorgânica e aplicações biotecnológicas
• Beneficiário: Wanius José Garcia da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 17/22669-0 - N-glicosilação e secreção de enzimas em fungos filamentosos
• Beneficiário: André Ricardo de Lima Damasio
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
• Processo FAPESP: 15/50612-8 - An integrated approach to explore a novel paradigm for biofuel production from lignocellulosic feedstocks
• Beneficiário: Telma Teixeira Franco
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• 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: 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