Identificação e caracterização de um novo loci de utilização de carboidrato (PUL) : estrutura, função e potenciais aplicações

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Martins, Marcele Pandeló, 1990-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/3479
Resumo: Orientador: Mário Tyago Murakami
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Este animal contém um órgão especializado na degradação de biomassa vegetal, o ceco, que o torna um modelo singular para estudos relacionados à busca de novas estratégias de degradação de biomassas lignocelulósicas. A partir da análise do metagenoma da microbiota presente no trato gastrointestinal da capivara, foram identificados diversos novos genomas montados a partir de metagenomas (MAGs). Dentre estes, destacamos um novo MAG representando um novo gênero, pertencente à ordem Bacteroidales, e à família não-cultivada UBA932. No referido MAG, foi predito um loci de utilização de polissacarídeos (PUL) com potenciais novas CAZymes. Este PUL é composto por cinco enzimas, das quais três foram produzidas heterologamente, desafiadas contra substratos hemicelulósicos e submetidas a abordagens multidisciplinares, utilizando técnicas de biologia estrutural para elucidação das bases moleculares de suas atividades. As enzimas apresentaram atividade de ?-galactosidase, ?-manosidase e endo-mananase. Análises filogenéticas indicaram que a enzima ?-galactosidase origina uma nova família de hidrolases glicosídicas (GH) monoespecífica e pertencente ao clã GH-A. A endo-mananase originou uma nova subfamília de GH5 potencialmente envolvida com a degradação de mananas. Análises estruturais da endo-mananase, a partir de sua estrutura cristalográfica determinada por faseamento experimental, revelaram características únicas que ratificam sua classificação em uma nova subfamília GH5, e sugerem que seu substrato ideal sejam mananas ramificadas. A ?-manosidase GH2 apresentou atividade em mano-oligossacarídeos (MOS) atípicos, e a investigação de sua estrutura cristalográfica, também revelada por faseamento experimental, desvendou os determinantes estruturais para seu modo de ação não convencional. As atividades encontradas para as enzimas do PUL tornam não óbvia sua função na degradação de carboidratos complexos, uma vez que não se conhece um carboidrato que permitiria a atuação conjunta dessas enzimas. É, portanto, sugerido que tais enzimas possam atuar na degradação de carboidratos com composição e estrutura ainda desconhecidos. De acordo com os resultados obtidos a partir de caracterizações funcionais e estruturais, ao postularmos uma nova família de CAZymes, uma nova subfamília GH5, e identificarmos uma nova ?-manosidase GH2, inédita em termos funcionais e estruturais, contribuímos para ampliar o entendimento do universo de CAZymes, desvendando estratégias microbianas para degradação da biomassa vegetalAbstract: Carbohydrate-active enzymes (CAZymes) are responsible for carbohydrates and glycoconjugates biosynthesis and deconstruction. The metagenome analyses of unexplored environments allow the identification and exploration of novel CAZymes with potential for biotechnological applications. The capybara (Hydrochoerus hydrochaeris) is an herbivorous, monogastric and undomesticated animal typical of neotropical regions. This animal contains an organ specialized in plant biomass degradation, the cecum, making it a unique search model for new strategies of biomass depolymerization. The microbiota present in the gastrointestinal tract of capybara revealed several new metagenome-assembled genomes (MAGs). Among these, we highlight a new MAG representing a new genus belonging to the order Bacteroidales and the non-cultivated family UBA932. In such MAG, a polysaccharide utilization loci (PUL) with potential new CAZymes was predicted. This PUL comprises five enzymes, of which three were heterologously produced, tested against hemicellulosic substrates, and submitted to multidisciplinary approaches, using structural biology techniques to elucidate the molecular bases of their activities. The enzymes showed ?-galactosidase, ?-mannosidase, and endo-mannanase activities. Phylogenetic analyzes indicated that the ?-galactosidase enzyme originates a new family of monospecific glycosidic hydrolases (GH) belonging to the clan GH-A. Endo-mannanase gave rise to a new GH5 subfamily potentially involved in mannan degradation. Structural analysis of endo-mannanase revealed unique characteristics that confirm its classification in a new GH5 subfamily and suggest that its ideal substrate is branched mannans. The ?-mannosidase GH2 showed activity against atypical mannooligosaccharides (MOS). Investigating its crystallographic structure unveiled the structural determinants for its unconventional mode of action. The enzymatic activities found in the PUL make its role in the degradation of complex carbohydrates not obvious since no known carbohydrate would allow the committee action of these enzymes. Therefore, we suggest that such enzymes can act in the degradation of unknown carbohydrates. According to the results obtained from functional and structural characterizations, by postulating a new CAZyme family, a new GH5 subfamily, and identifying a new GH2 ?-mannosidase, we broaden the understanding of the universe of CAZymes, unveiling microbial strategies for plant biomass degradationDoutoradoBioquímicaDoutora em Biologia Funcional e MolecularCNPQ142332/2017-8[s.n.]Murakami, Mário Tyago, 1981-Giuseppe, Priscila Oliveira deSegato, FernandoBarbosa, Leandro Ramos SouzaKobarg, JörgUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de BiologiaPrograma de Pós-Graduação em Biologia Funcional e MolecularUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMartins, Marcele Pandeló, 1990-20212021-11-12T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (196 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/3479MARTINS, Marcele Pandeló. Identificação e caracterização de um novo loci de utilização de carboidrato (PUL): estrutura, função e potenciais aplicações. 2021. 1 recurso online (196 p.) Tese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/3479. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1238598Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-04-07T14:33:09Zoai::1238598Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2022-04-07T14:33:09Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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