Published May 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Some characters of bacterial cellulases in goats' rumen elucidated by metagenomic DNA analysis and the role of fibronectin 3 module for endoglucanase function

Creators

  • 1. Vietnam Academy of Science and Technology
  • 2. Hanoi University of Science and Technology

Description

Objective: Fibronectin 3 (FN3) and immunoglobulin like modules (Ig) are usually collocated beside modular cellulase catalytic domains. However, very few researches have investigated the role of these modules. In a previous study, we have sequenced and analyzed bacterial metagenomic DNA in Vietnamese goats' rumen and found that cellulase-producing bacteria and cellulase families were dominant. In this study, the properties of modular cellulases and the role of a FN3 in unique endoglucanase belonging to glycosyl hydorlase (GH) family 5 were determined.Methods: Based on Pfam analysis, the cellulases sequences containing FN3, Ig modules were extracted from 297 complete open reading frames (ORFs). The alkaline, thermostability, tertiary structure of deduced enzymes were predicted by AcalPred, TBI software, Phyre2 and Swiss models. Then, whole and truncated forms of a selected gene were expressed in Escherichia coli and purified by His-tag affinity column for assessment of FN3 ability to enhance enzyme activity, solubility and conformation.Results: From 297 complete ORFs coding for cellulases, 148 sequences containing FN3, Ig were identified. Mostly FN3 appeared in 90.9% beta-glucosidases belonging to glycosyl hydrolase family 3 (GH3) and situated downstream of catalytic domains. The Ig was found upstream of 100% endoglucanase GH9. Rarely FN3 was seen to be situated downstream of X domain and upstream of catalytic domain endoglucanase GH5. Whole enzyme (called XFN3GH5 based on modular structure) and truncate forms FN3, XFN3, FN3GH5, GH5 were cloned in pET22b (+) and pET22SUMO to be expressed in single and fusion forms with a small ubiquitin-related modifier partner (S). The FN3, SFN3 increased GH5 solubility in FN3GH5, SFN3GH5. The SFN3 partly served for GH5 conformation in SFN3GH5, increased modules interaction and enzyme-soluble substrate affinity to enhance SXFN3GH5, SFN3GH5 activities in mixtures. Both SFN3 and SXFN3 did not anchor enzyme on filter paper but exfoliate and separate cellulose chains on filter paper for enzyme hydrolysis.Conclusion: Based on these findings, the presence of FN3 module in certain cellulases was confirmed and it assisted for enzyme conformation and activity in both soluble and insoluble substrate.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الهدف: عادة ما يتم تجميع الفيبرونيكتين 3 (fn3) والوحدات الشبيهة بالغلوبولين المناعي (Ig) بجانب المجالات الحفازة للخلية المعيارية. ومع ذلك، لم يحقق سوى عدد قليل جدًا من الأبحاث في دور هذه الوحدات. في دراسة سابقة، قمنا بتسلسل وتحليل الحمض النووي البكتيري الميتاجينومي في كرش الماعز الفيتنامي ووجدنا أن البكتيريا المنتجة للسليولاز وعائلات السليولاز كانت مهيمنة. في هذه الدراسة، تم تحديد خصائص السليولاز المعياري ودور fn3 في إندوغلوكاناز فريد ينتمي إلى عائلة هيدورلاز الجليكوزيل (GH) 5 .الطرق: استنادًا إلى تحليل Pfam، تم استخراج تسلسلات السليولاز التي تحتوي على fn3، وحدات Ig من 297 إطار قراءة مفتوح كامل (ORFs). تم التنبؤ بالهيكل القلوي والحراري والثالثي للإنزيمات المستنتجة من قبل AcalPred وبرمجيات TBI و Phyre2 والنماذج السويسرية. بعد ذلك، تم التعبير عن الأشكال الكاملة والمبتورة لجين محدد في الإشريكية القولونية وتم تنقيتها بواسطة عمود تقارب علامته لتقييم قدرة fn3 على تعزيز نشاط الإنزيم وقابليته للذوبان وتشكيله. النتائج: من 297 ترميز ORFs كامل لأنزيمات السليولاز، 148 تسلسل يحتوي على FN3، تم تحديد Ig. ظهر FN3 في الغالب في 90.9 ٪ من بيتا جلوكوزيداز التي تنتمي إلى عائلة هيدرولاز الجليكوزيل 3 (GH3) وتقع أسفل مجرى المجالات الحفازة. تم العثور على Ig في المنبع من 100 ٪ إندوغلوكاناز GH9. نادرًا ما شوهد fn3 في اتجاه مجرى المجال X ومنبع إندوغلوكاناز المجال الحفاز GH5. تم استنساخ الإنزيم الكامل (المسمى XFN3GH5 بناءً على البنية المعيارية) والأشكال المقتطعة fn3 و XFN3 و FN3GH5 و GH5 في pET22b (+) و pET22SUMO ليتم التعبير عنها في أشكال مفردة واندماجية مع شريك معدل صغير مرتبط بـ ubiquitin (S). زاد FN3، SFN3 من ذوبان GH5 في FN3GH5، SFN3GH5. خدم SFN3 جزئيًا لتشكيل GH5 في SFN3GH5، وزيادة تفاعل الوحدات وتقارب الركيزة القابلة للذوبان في الإنزيم لتعزيز أنشطة SXFN3GH5 و SFN3GH5 في الخلائط. لم يثبت كل من SFN3 و SXFN3 الإنزيم على ورق الترشيح ولكن قشر وفصل سلاسل السليلوز على ورق الترشيح للتحلل المائي للإنزيم. الخاتمة: بناءً على هذه النتائج، تم تأكيد وجود وحدة fn3 في بعض السليلوزات وساعدت في تكوين الإنزيم ونشاطه في كل من الركيزة القابلة للذوبان وغير القابلة للذوبان.

Translated Description (French)

Objectif : Les modules de type fibronectine 3 (FN3) et immunoglobuline (Ig) sont généralement situés à côté des domaines catalytiques modulaires de la cellulase. Cependant, très peu de recherches ont étudié le rôle de ces modules. Dans une étude précédente, nous avons séquencé et analysé l'ADN métagénomique bactérien dans le rumen de chèvres vietnamiennes et avons constaté que les bactéries productrices de cellulase et les familles de cellulase étaient dominantes. Dans cette étude, les propriétés des cellulases modulaires et le rôle d'une FN3 dans l'endoglucanase unique appartenant à la famille des glycosyl hydorlases (GH) 5 ont été déterminés.Méthodes : Sur la base de l'analyse Pfam, les séquences de cellulases contenant des modules FN3, Ig ont été extraites de 297 cadres de lecture ouverts (ORF) complets. La structure alcaline, thermostable et tertiaire des enzymes déduites a été prédite par AcalPred, le logiciel TBI, Phyre2 et les modèles suisses. Ensuite, des formes entières et tronquées d'un gène sélectionné ont été exprimées chez Escherichia coli et purifiées par la colonne d'affinité His-tag pour l'évaluation de la capacité de FN3 à améliorer l'activité, la solubilité et la conformation des enzymes. Résultats : à partir de 297 ORF complets codant pour les cellulases, 148 séquences contenant FN3, Ig ont été identifiées. La plupart du temps, la FN3 est apparue dans les bêta-glucosidases à 90,9 % appartenant à la famille des glycosylhydrolases 3 (GH3) et situées en aval des domaines catalytiques. L'Ig a été retrouvée en amont de l'endoglucanase GH9 à 100%. On a rarement observé que la FN3 était située en aval du domaine X et en amont de l'endoglucanase GH5 du domaine catalytique. L'enzyme entière (appelée XFN3GH5 sur la base d'une structure modulaire) et les formes tronquées FN3, XFN3, FN3GH5, GH5 ont été clonées dans pET22b (+) et pET22SUMO pour être exprimées sous des formes simples et de fusion avec un (des) petit (s) partenaire (s) modificateur (s) lié (s) à l'ubiquitine. La FN3, SFN3 a augmenté la solubilité de GH5 dans FN3GH5, SFN3GH5. Le SFN3 a partiellement servi à la conformation du GH5 dans le SFN3GH5, à l'interaction accrue des modules et à l'affinité des substrats solubles dans les enzymes pour améliorer les activités du SXFN3GH5 et du SFN3GH5 dans les mélanges. SFN3 et SXFN3 n'ont pas ancré l'enzyme sur le papier filtre mais ont exfolié et séparé les chaînes de cellulose sur le papier filtre pour l'hydrolyse enzymatique. Conclusion : Sur la base de ces résultats, la présence de module FN3 dans certaines cellulases a été confirmée et elle a contribué à la conformation et à l'activité enzymatiques dans le substrat soluble et insoluble.

Translated Description (Spanish)

Objetivo: La fibronectina 3 (FN3) y los módulos similares a las inmunoglobulinas (Ig) generalmente se colocan junto a los dominios catalíticos modulares de la celulasa. Sin embargo, muy pocas investigaciones han investigado el papel de estos módulos. En un estudio anterior, hemos secuenciado y analizado el ADN metagenómico bacteriano en el rumen de cabras vietnamitas y encontramos que las bacterias productoras de celulasa y las familias de celulasa eran dominantes. En este estudio, se determinaron las propiedades de las celulasas modulares y el papel de una FN3 en la endoglucanasa única perteneciente a la familia 5 de la glicosil hidrolasa (GH) .Métodos: Con base en el análisis de Pfam, las secuencias de celulasas que contienen FN3, los módulos de Ig se extrajeron de 297 marcos de lectura abiertos completos (ORF). La estructura alcalina, termoestabilidad y terciaria de las enzimas deducidas fue predicha por AcalPred, el software TBI, Phyre2 y modelos suizos. Luego, las formas enteras y truncadas de un gen seleccionado se expresaron en Escherichia coli y se purificaron mediante una columna de afinidad con etiqueta His para evaluar la capacidad de FN3 para mejorar la actividad enzimática, la solubilidad y la conformación. Resultados: A partir de 297 ORF completos que codifican celulasas, se identificaron 148 secuencias que contienen FN3, Ig. La mayoría de las FN3 aparecieron en el 90,9% de beta-glucosidasas pertenecientes a la familia 3 de glicosil hidrolasas (GH3) y situadas aguas abajo de los dominios catalíticos. La Ig se encontró aguas arriba del 100% de endoglucanasa GH9. Rara vez se observó que FN3 estaba situado aguas abajo del dominio X y aguas arriba del dominio catalítico endoglucanasa GH5. La enzima completa (llamada XFN3GH5 basada en la estructura modular) y las formas truncadas FN3, XFN3, FN3GH5, GH5 se clonaron en pET22b (+) y pET22SUMO para expresarse en formas únicas y de fusión con un pequeño compañero modificador relacionado con la ubiquitina (S). El FN3, SFN3 aumentó la solubilidad de GH5 en FN3GH5, SFN3GH5. El SFN3 sirvió en parte para la conformación de GH5 en SFN3GH5, aumentó la interacción de los módulos y la afinidad del sustrato soluble en enzimas para mejorar las actividades de SXFN3GH5, SFN3GH5 en mezclas. Tanto SFN3 como SXFN3 no anclaron la enzima en el papel de filtro, sino que exfoliaron y separaron las cadenas de celulosa en el papel de filtro para la hidrólisis enzimática.Conclusión: Con base en estos hallazgos, se confirmó la presencia del módulo FN3 en ciertas celulasas y ayudó a la conformación y actividad enzimática en el sustrato soluble e insoluble.

Files

ajas-20-0115.pdf.pdf

Files (1.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:1b0b886408e94eb6c7b68d92f31d90af
1.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
بعض خصائص السليولاز البكتيري في الماعز والابوس ؛ تم توضيح الكرش من خلال تحليل الحمض النووي الميتاجينومي ودور وحدة الفيبرونيكتين 3 لوظيفة إندوغلوكاناز
Translated title (French)
Quelques caractères des cellulases bactériennes chez les chèvres&apos ; rumen élucidé par analyse de l'ADN métagénomique et le rôle du module fibronectine 3 pour la fonction endoglucanase
Translated title (Spanish)
Algunos caracteres de las celulasas bacterianas en cabras; aclaración del rumen mediante análisis de ADN metagenómico y el papel del módulo de fibronectina 3 para la función endoglucanasa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3080970765
DOI
10.5713/ajas.20.0115

Is supplement to
https://openalex.org/W4387497383 (Other)
https://openalex.org/W2948807893 (Other)
https://openalex.org/W2778153218 (Other)
https://openalex.org/W2748952813 (Other)
https://openalex.org/W2527526854 (Other)
https://openalex.org/W2078814861 (Other)
https://openalex.org/W2062208111 (Other)
https://openalex.org/W1986764834 (Other)
https://openalex.org/W1976181487 (Other)
https://openalex.org/W1531601525 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1485657158
  • https://openalex.org/W1548154437
  • https://openalex.org/W1981774417
  • https://openalex.org/W2007765030
  • https://openalex.org/W2008571555
  • https://openalex.org/W2056526417
  • https://openalex.org/W2057074235
  • https://openalex.org/W2059045437
  • https://openalex.org/W2063515498
  • https://openalex.org/W2072287840
  • https://openalex.org/W2082338080
  • https://openalex.org/W2086447746
  • https://openalex.org/W2096528138
  • https://openalex.org/W2103427109
  • https://openalex.org/W2110475886
  • https://openalex.org/W2115780236
  • https://openalex.org/W2116322723
  • https://openalex.org/W2137728544
  • https://openalex.org/W2138277172
  • https://openalex.org/W2151281034
  • https://openalex.org/W2170377676
  • https://openalex.org/W2171289431
  • https://openalex.org/W2181133007
  • https://openalex.org/W2238392288
  • https://openalex.org/W2463977014
  • https://openalex.org/W2754387649
  • https://openalex.org/W2791073405
  • https://openalex.org/W2922685464