Published November 2, 2017
| Version v1
Publication
Open
Targeted metatranscriptomics of compost-derived consortia reveals a GH11 exerting an unusual exo-1,4-β-xylanase activity
Creators
- 1. Universidade de São Paulo
- 2. University of York
- 3. Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol
- 4. Brazilian Center for Research in Energy and Materials
Description
Using globally abundant crop residues as a carbon source for energy generation and renewable chemicals production stand out as a promising solution to reduce current dependency on fossil fuels. In nature, such as in compost habitats, microbial communities efficiently degrade the available plant biomass using a diverse set of synergistic enzymes. However, deconstruction of lignocellulose remains a challenge for industry due to recalcitrant nature of the substrate and the inefficiency of the enzyme systems available, making the economic production of lignocellulosic biofuels difficult. Metatranscriptomic studies of microbial communities can unveil the metabolic functions employed by lignocellulolytic consortia and identify novel biocatalysts that could improve industrial lignocellulose conversion.In this study, a microbial community from compost was grown in minimal medium with sugarcane bagasse sugarcane bagasse as the sole carbon source. Solid-state nuclear magnetic resonance was used to monitor lignocellulose degradation; analysis of metatranscriptomic data led to the selection and functional characterization of several target genes, revealing the first glycoside hydrolase from Carbohydrate Active Enzyme family 11 with exo-1,4-β-xylanase activity. The xylanase crystal structure was resolved at 1.76 Å revealing the structural basis of exo-xylanase activity. Supplementation of a commercial cellulolytic enzyme cocktail with the xylanase showed improvement in Avicel hydrolysis in the presence of inhibitory xylooligomers.This study demonstrated that composting microbiomes continue to be an excellent source of biotechnologically important enzymes by unveiling the diversity of enzymes involved in in situ lignocellulose degradation.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يبرز استخدام مخلفات المحاصيل الوفيرة عالميًا كمصدر للكربون لتوليد الطاقة وإنتاج المواد الكيميائية المتجددة كحل واعد لتقليل الاعتماد الحالي على الوقود الأحفوري. في الطبيعة، كما هو الحال في موائل السماد العضوي، تعمل المجتمعات الميكروبية على تحلل الكتلة الحيوية النباتية المتاحة بكفاءة باستخدام مجموعة متنوعة من الإنزيمات التآزرية. ومع ذلك، لا يزال تفكيك الليجنوسلولوز يمثل تحديًا للصناعة بسبب الطبيعة العنيدة للركيزة وعدم كفاءة أنظمة الإنزيم المتاحة، مما يجعل الإنتاج الاقتصادي للوقود الحيوي الليجنوسلولوزي صعبًا. يمكن للدراسات Metatranscriptomic للمجتمعات الميكروبية أن تكشف عن وظائف التمثيل الغذائي التي تستخدمها اتحادات lignocellulolytic وتحديد المحفزات الحيوية الجديدة التي يمكن أن تحسن تحويل lignocellulose الصناعي. في هذه الدراسة، تمت زراعة مجتمع ميكروبي من السماد في الحد الأدنى من الوسط مع قصب قصب السكر قصب قصب السكر كمصدر وحيد للكربون. تم استخدام الرنين المغناطيسي النووي في الحالة الصلبة لمراقبة تحلل الليجنوسليلوز ؛ أدى تحليل البيانات الفوقية إلى اختيار وتوصيف وظيفي للعديد من الجينات المستهدفة، مما كشف عن أول هيدرولاز جليكوسيد من عائلة إنزيم الكربوهيدرات النشط 11 مع نشاط exo -1،4 - β - xylanase. تم حل بنية بلورة الزيلاناز عند 1.76 درجة مئوية مما يكشف عن الأساس الهيكلي لنشاط إكسو زيلاناز. أظهرت مكملات كوكتيل إنزيم السيلوليت التجاري مع الزيلاناز تحسنًا في التحلل المائي لأفيسيل في وجود مثبطات زيلوليغومرات. أظهرت هذه الدراسة أن ميكروبيوم التسميد لا يزال مصدرًا ممتازًا للإنزيمات المهمة من الناحية التكنولوجية الحيوية من خلال الكشف عن تنوع الإنزيمات المشاركة في تحلل الليجنوسليلوز في الموقع.Translated Description (French)
L'utilisation de résidus de cultures abondants dans le monde entier comme source de carbone pour la production d'énergie et de produits chimiques renouvelables se distingue comme une solution prometteuse pour réduire la dépendance actuelle aux combustibles fossiles. Dans la nature, comme dans les habitats de compost, les communautés microbiennes dégradent efficacement la biomasse végétale disponible en utilisant un ensemble diversifié d'enzymes synergiques. Cependant, la déconstruction de la lignocellulose reste un défi pour l'industrie en raison de la nature récalcitrante du substrat et de l'inefficacité des systèmes enzymatiques disponibles, ce qui rend difficile la production économique de biocarburants lignocellulosiques. Les études métatranscriptomiques des communautés microbiennes peuvent dévoiler les fonctions métaboliques employées par les consortiums lignocellulolytiques et identifier de nouveaux biocatalyseurs qui pourraient améliorer la conversion industrielle de la lignocellulose. Dans cette étude, une communauté microbienne issue du compost a été cultivée dans un milieu minimal avec la bagasse de canne à sucre comme seule source de carbone. La résonance magnétique nucléaire à l'état solide a été utilisée pour surveiller la dégradation de la lignocellulose ; l'analyse des données métatranscriptomiques a conduit à la sélection et à la caractérisation fonctionnelle de plusieurs gènes cibles, révélant la première glycoside hydrolase de la famille Carbohydrate Active Enzyme 11 avec une activité exo-1,4-β-xylanase. La structure cristalline de la xylanase a été résolue à 1,76 Å, révélant la base structurelle de l'activité de l'exo-xylanase. La supplémentation d'un cocktail commercial d'enzymes cellulolytiques avec la xylanase a montré une amélioration de l'hydrolyse d'Avicel en présence de xylooligomères inhibiteurs. Cette étude a démontré que les microbiomes de compostage continuent d'être une excellente source d'enzymes biotechnologiquement importantes en dévoilant la diversité des enzymes impliquées dans la dégradation de la lignocellulose in situ.Translated Description (Spanish)
El uso de residuos de cultivos abundantes a nivel mundial como fuente de carbono para la generación de energía y la producción de productos químicos renovables se destacan como una solución prometedora para reducir la dependencia actual de los combustibles fósiles. En la naturaleza, como en los hábitats de compost, las comunidades microbianas degradan de manera eficiente la biomasa vegetal disponible utilizando un conjunto diverso de enzimas sinérgicas. Sin embargo, la deconstrucción de la lignocelulosa sigue siendo un desafío para la industria debido a la naturaleza recalcitrante del sustrato y la ineficiencia de los sistemas enzimáticos disponibles, lo que dificulta la producción económica de biocombustibles lignocelulósicos. Los estudios metatranscriptómicos de comunidades microbianas pueden revelar las funciones metabólicas empleadas por los consorcios lignocelulolíticos e identificar nuevos biocatalizadores que podrían mejorar la conversión industrial de lignocelulosa. En este estudio, se cultivó una comunidad microbiana a partir de compost en medio mínimo con bagazo de caña de azúcar como única fuente de carbono. La resonancia magnética nuclear en estado sólido se utilizó para monitorear la degradación de la lignocelulosa; el análisis de los datos metatranscriptómicos condujo a la selección y caracterización funcional de varios genes diana, revelando la primera glucósido hidrolasa de la familia de enzimas activas de carbohidratos 11 con actividad de exo-1,4-β-xilanasa. La estructura cristalina de la xilanasa se resolvió a 1.76 Å revelando la base estructural de la actividad de la exo-xilanasa. La suplementación de un cóctel de enzimas celulolíticas comerciales con la xilanasa mostró una mejora en la hidrólisis de Avicel en presencia de xilooligómeros inhibidores. Este estudio demostró que los microbiomas de compostaje siguen siendo una excelente fuente de enzimas biotecnológicamente importantes al revelar la diversidad de enzimas involucradas en la degradación de la lignocelulosa in situ.Files
s13068-017-0944-4.pdf
Files
(3.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:f68e0fe372d4055041649e2e90facccd
|
3.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تكشف ميتاترانسكريبتوميكس المستهدفة للاتحادات المشتقة من السماد العضوي عن ممارسة GH11 لنشاط exo -1,4 - β - xylanase غير عادي
- Translated title (French)
- La métatranscriptomique ciblée des consortiums dérivés du compost révèle un GH11 exerçant une activité exo-1,4-β-xylanase inhabituelle
- Translated title (Spanish)
- La metatranscriptomía dirigida de consorcios derivados de compost revela una GH11 que ejerce una actividad inusual de exo-1,4-β-xilanasa
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2765229221
- DOI
- 10.1186/s13068-017-0944-4
References
- https://openalex.org/W1507391763
- https://openalex.org/W1964106002
- https://openalex.org/W1969346416
- https://openalex.org/W1977258922
- https://openalex.org/W1981865535
- https://openalex.org/W1986885783
- https://openalex.org/W1987875209
- https://openalex.org/W1990293955
- https://openalex.org/W1996718064
- https://openalex.org/W1996778131
- https://openalex.org/W1997839293
- https://openalex.org/W1999198699
- https://openalex.org/W2000028565
- https://openalex.org/W2002142909
- https://openalex.org/W2002535907
- https://openalex.org/W2002751165
- https://openalex.org/W2005784983
- https://openalex.org/W2009674410
- https://openalex.org/W2010816199
- https://openalex.org/W2018289835
- https://openalex.org/W2023998715
- https://openalex.org/W2034446173
- https://openalex.org/W2035187492
- https://openalex.org/W2037269076
- https://openalex.org/W2046811660
- https://openalex.org/W2046866700
- https://openalex.org/W2047323012
- https://openalex.org/W2047341547
- https://openalex.org/W2053101850
- https://openalex.org/W2057090852
- https://openalex.org/W2059693773
- https://openalex.org/W2061248583
- https://openalex.org/W2062565578
- https://openalex.org/W2064625584
- https://openalex.org/W2066467192
- https://openalex.org/W2068626249
- https://openalex.org/W2072799506
- https://openalex.org/W2077143061
- https://openalex.org/W2079920383
- https://openalex.org/W2080283023
- https://openalex.org/W2080751150
- https://openalex.org/W2091922579
- https://openalex.org/W2093437992
- https://openalex.org/W2094476648
- https://openalex.org/W2095632226
- https://openalex.org/W2097231210
- https://openalex.org/W2097597464
- https://openalex.org/W2099995996
- https://openalex.org/W2100837269
- https://openalex.org/W2103539617
- https://openalex.org/W2109636763
- https://openalex.org/W2110621661
- https://openalex.org/W2115308862
- https://openalex.org/W2116895571
- https://openalex.org/W2117582473
- https://openalex.org/W2118968407
- https://openalex.org/W2123088611
- https://openalex.org/W2124799197
- https://openalex.org/W2126419817
- https://openalex.org/W2127322768
- https://openalex.org/W2130682154
- https://openalex.org/W2131271579
- https://openalex.org/W2133308090
- https://openalex.org/W2134526812
- https://openalex.org/W2134578745
- https://openalex.org/W2135621733
- https://openalex.org/W2136720095
- https://openalex.org/W2144081223
- https://openalex.org/W2151900576
- https://openalex.org/W2153369417
- https://openalex.org/W2154714625
- https://openalex.org/W2159482845
- https://openalex.org/W2163341755
- https://openalex.org/W2170551349
- https://openalex.org/W2178043251
- https://openalex.org/W2180229411
- https://openalex.org/W2233705203
- https://openalex.org/W2249392904
- https://openalex.org/W2254517477
- https://openalex.org/W2277067157
- https://openalex.org/W2444609053
- https://openalex.org/W2560427999
- https://openalex.org/W2567648082
- https://openalex.org/W2593882949
- https://openalex.org/W2615699401
- https://openalex.org/W3021386441
- https://openalex.org/W4248872320
- https://openalex.org/W4294216483
- https://openalex.org/W628397293