Prospección y caracterización de bacterias celulolíticas y hemicelulolíticas

Tesis para obtener el grado de Doctor en Química Biológica, de la Universidad de Buenos Aires, en 2018La prospección de bacterias con capacidad de degradar lignocelulosa permite la identificación de nuevas enzimas con potencial aplicación en numerosos procesos industriales. En este trabajo el objetivo fue la obtención de enzimas con aplicación potencial en la bioconversión de lignocelulosa, mediante la prospección de bacterias celulolíticas de suelos forestales nativos y estudiar sus mecanismos de deconstrucción de biomasa. Se obtuvieron consorcios bacterianos celulolíticos de dos localidades de Argentina (Cerro Bayo, Neuquén y Valle Grande, Mendoza). Los consorcios fueron caracterizados en cuanto a su actividad enzimática, siendo el consorcio CB1-2 el que presentó mayor actividad celulolítica relativa. A partir del mismo se logró el aislamiento de todos sus integrantes y uno de ellos, al que se denominó Paenibacillus sp. A59, resultó el principal responsable de la actividad estudiada, mientras que los aislamientos pertenecientes a los géneros Pseudomonas sp., Stenotrophomonas sp. y Bacillus sp. no presentaron actividad celulolítica detectable. Por técnicas de secuenciación de nueva generación (NGS) se secuenció el genoma completo de Paenibacillus sp. A59 con una profundidad de 110 veces y se ensambló en 83 contigs. A partir del análisis del genoma con múltiples herramientas bioinformáticas, como las plataformas del NCBI, RAST y dbCAN, seguido de depuración manual, se identificaron 82 secuencias codificantes para potenciales proteínas activas sobre carbohidratos, incluyendo celulasas, xilanasas, mananasas, quitinasas y amilasas, entre otras. Además, se determinaron las condiciones óptimas para maximizar la actividad enzimática en el sobrenadante de cultivo, utilizando como fuente de carbono carboximetilcelulosa, xilano o residuo de cosecha de caña de azúcar, resultando predominante la actividad xilanasa en crecimiento con xilano. El estudio del secretoma en las diferentes condiciones de cultivo ensayadas, permitió identificar las proteínas responsables de dicha actividad y establecer un posible modelo para el sistema xilanolítico de esta bacteria. Entre las enzimas identificadas, dos endoxilanasas de las familias GH10 y GH11 involucradas en la deconstrucción de la hemicelulosa, fueron seleccionadas para ser expresadas de manera recombinante y caracterizar su actividad. Ambas enzimas se expresaron en el sistema de E. coli, de manera soluble y fueron purificadas a homogeneidad. Presentaron actividad óptima a temperaturas moderadas (entre 40 y 55°C) y a pHs cercanos al neutro, si bien rGH11XynB presentó también alta actividad a pH alcalino. Tanto rGH10XynA como rGH11XynB mostraron actividad xilanolítica sobre xilanos comerciales y sobre la fracción hemicelulolítica de biomasas pre-tratadas (trigo, cebada y maíz). Sin embargo, la cinética enzimática y el perfil de los productos de hidrólisis generados mostraron diferencias, lo que podría determinar su utilización en una variedad de procesos. Este estudio comprende un análisis detallado del aislamiento Paenibacillus sp. A59 y de sus enzimas activas sobre carbohidratos, contribuyendo así en la comprensión de los mecanismos microbianos involucrados en la bioconversión de polisacáridos y estableciendo las bases para su aplicación industrial.Prospection of hemicellulose degrading bacteria allows the identification of novel enzymes with potential application in numerous industrial processes. The objective of this work was the obtention of enzymes with potential application in bioconversion of lignocellulose, by prospection of cellulolytic bacteria from native forest soils, and the study of their mechanisms of biomass deconstruction. We obtained cellulolytic bacterial consortia from forest soils, from two areas of Argentina (Cerro Bayo, Neuquén and Valle Grande, Mendoza). Enzymatic activity of the consortia was characterized, resulting CB1-2 the one with the highest relative cellulolytic activity. We isolated all the consortium components and one of them, Paenibacillus sp. A59, was the main one responsible for the assayed activity, while the isolates belonging to Pseudomonas sp., Stenotrophomonas sp. and Bacillus sp. did not present cellulolytic activity. By next generation sequencing (NGS) techniques, Paenibacillus sp. A59 genome was fully sequenced, with a 110-fold coverage, and assembled in 83 contigs. By genome analysis using multiple bioinformatic tools, such us NCBI, RAST and dbCAN pipelines followed by manual editing, 82 coding sequences for potential carbohidrate active enzymes were identified, including cellulases, xylanases, mannanases, chitinases and amylases, among others. Also, optimal conditions for achieving the highest enzymatic activity in culture supernatants were determined, using carboxymethylcellulose, xylan or sugarcane straw as carbon sources, resulting xylanase the main activity, by growth in xylan. Secretome study under the different culture conditions assayed, allowed to identify the main proteins responsible for the activity and to establish a possible model of the xylanolytic system of this bacterium. Among the enzymes identified, two endoxylanases from GH10 and GH11 families, involved in hemicellulose deconstruction, were selected for recombinant expression and activity characterization. Both enzymes were expressed in E. coli system in the soluble fraction and purified to homogeneity. They presented optimal activity at moderate temperatures (between 40°C and 55°C) and at neutral pH, and rGH11XynB showed also high activity at alkaline pH. rGH10XynA and rGH11XynB had xylanolytic activity on comercial xylans and on the hemicellulolytic fraction of pretreated biomasses (wheat, barley and maize). However, the enzyme kinetics and the hydrolysis products profiles showed differences, which could determine their utilization in a variety of processes. This study comprises a detailed analysis of Paenibacillus sp. A59 isolate and their carbohydrate active enzymes, contributing to the understanding of microbial mechanisms involved in polysaccharides bioconversion and setting the basis for industrial application.Instituto de BiotecnologíaFil: Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Biotecnología; Argentina

Optimization of cellobiohydrolase production and secretome analysis of Trametes villosa LBM 033 suitable for lignocellulosic bioconversion

The production of bioethanol from lignocellulosic biomass comprises the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic structures by three major cellulases. Among them, cellobiohydrolases are considered to be key enzymes playing a significant role on cellulose degradation. The ability to produce lignocellulolytic enzymes by fungi such as Trametes villosa makes them appropriate degraders for large-scale applications. In this context, the aim of this study was to obtain and characterize a cellobiohydrolase-enriched extracellular extract of T. villosa LBM 033 (Misiones, Argentina), which is suitable for the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic residues. The effect of carbon and nitrogen sources on cellobiohydrolase activity was evaluated using experimental designs and a culture medium was optimized to obtain a cellobiohydrolase-enriched extract suitable for the hydrolysis of lignocellulosic biomass. Moreover, by secretome analysis, nine enzymes involved in lignocellulosic biomass degradation were identified under the optimized conditions; among them is a cellobiohydrolase II from the glycosil-hydrolase 6 family.Fil: Coniglio, Romina Olga. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Exactas Químicas y Naturales. Departamento de Bioquímica Clínica. Laboratorio de Biotecnología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; ArgentinaFil: Burgos Fonseca, María Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; Argentina. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Exactas Químicas y Naturales. Departamento de Bioquímica Clínica. Laboratorio de Biotecnología Molecular; ArgentinaFil: Díaz, Gabriela Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; Argentina. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Exactas Químicas y Naturales. Departamento de Bioquímica Clínica. Laboratorio de Biotecnología Molecular; ArgentinaFil: Ontañon, Ornella Mailén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias Castelar. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; ArgentinaFil: Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias Castelar. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; ArgentinaFil: Campos, Eleonora. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias Castelar. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Zapata, Pedro Dario. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Exactas Químicas y Naturales. Departamento de Bioquímica Clínica. Laboratorio de Biotecnología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste; Argentin

Draft Genome Sequence of Cellulolytic and Xylanolytic Cellulomonas sp. Strain B6 Isolated from Subtropical Forest Soil

The genome information will be useful for studies of microbial enzymes for industrial application in lignocellulosic biomass utilization.Fil: Piccinni, Florencia Elizabeth. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Biotecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Murua, Yanina. Universidad Argentina de la Empresa. Facultad de Ingeniería y Ciencias, Exactas; ArgentinaFil: Talia, Paola Mónica. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Biotecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Suelos; ArgentinaRivarola, Maximo Lisandro. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Biotecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Campos, Eleonora. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Biotecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Structural and molecular dynamics investigations of ligand stabilization via secondary binding site interactions in Paenibacillus xylanivorans GH11 xylanase

Glycoside hydrolases (GHs) are essential for plant biomass deconstruction. GH11 family consist of endo-β-1,4-xylanases which hydrolyze xylan, the second most abundant cell wall biopolymer after cellulose, into small bioavailable oligomers. Structural requirements for enzymatic mechanism of xylan hydrolysis is well described for GH11 members. However, over the last years, it has been discovered that some enzymes from GH11 family have a secondary binding sites (SBS), which modulate the enzymes activities, but mechanistic details of the molecular communication between the active site and SBS of the enzymes remain a conundrum. In the present work we structurally characterized GH11 xylanase from Paenibacillus xylanivorans A57 (PxXyn11B), a microorganism of agricultural importance, using protein crystallography and molecular dynamics simulations. The PxXyn11B structure was solved to 2.5 Å resolution and different substrates (xylo-oligosaccharides from X3 to X6), were modelled in its active and SBS sites. Molecular Dynamics (MD) simulations revealed an important role of SBS in the activity and conformational mobility of PxXyn11B, demonstrating that binding of the reaction products to the SBS of the enzyme stabilizes the N-terminal region and, consequently, the active site. Furthermore, MD simulations showed that the longer the ligand, the better is the stabilization within active site, and the positive subsites contribute less to the stabilization of the substrates than the negative ones. These findings provide rationale for the observed enzyme kinetics, shedding light on the conformational modulation of the GH11 enzymes via their SBS mediated by the positive molecular feedback loop which involve the products of the enzymatic reaction.Instituto de BiotecnologíaFil: Briganti, Lorenzo. Universidade de São Paulo. Instituto de Física de São Carlos; BrasilFil: Capetti, Caio. Universidade de São Paulo. Instituto de Física de São Carlos; BrasilFil: Pellegrini, Vanessa O. A. Universidade de São Paulo. Instituto de Física de São Carlos; BrasilFil: Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Ghio, Silvina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Campos, Eleonora. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Campos, Eleonora. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Nascimento, Alessandro S. Universidade de São Paulo. Instituto de Física de São Carlos; BrasilFil: Polikarpov, Igor. Universidade de São Paulo. Instituto de Física de São Carlos; Brasi

Neotropical termite microbiomes as sources of novel plant cell wall degrading enzymes

Romero Victorica, Matías. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (IABIMO). Hurlingham, Buenos Aires, Argentina.Soria, Marcelo Abel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiología Agrícola. Buenos Aires, Argentina.Batista García, Ramón Alberto. Universidad Autónoma del Estado Morelos. Instituto de Investigación en Ciencias Básicas y Aplicadas. Centro de Investigación en Dinámica Celular. Cuernavaca, Morelos, Mexico.Ceja Navarro, Javier A. Biological Systems and Engineering Division. Lawrence Berkeley National Laboratory. Berkeley, California, USA.Vikram, Surendra. Department Biochemistry, Genetics and Microbiology. Centre for Microbial Ecology and Genomics. University of Pretoria. Pretoria, South Africa.Ortiz, Maximiliano. University of Pretoria. Centre for Microbial Ecology and Genomics. Genetics and Microbiology. Pretoria, South Africa.Ontañon, Ornella. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (IABIMO). Hurlingham, Buenos Aires, Argentina.Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular (IABIMO). Hurlingham, Buenos Aires, Argentina.14In this study, we used shotgun metagenomic sequencing to characterise the microbial metabolic potential for lignocellulose transformation in the gut of two colonies of Argentine higher termite species with diferent feeding habits, Cortaritermes fulviceps and Nasutitermes aquilinus. Our goal was to assess the microbial community compositions and metabolic capacity, and to identify genes involved in lignocellulose degradation. Individuals from both termite species contained the same fve dominant bacterial phyla (Spirochaetes, Firmicutes, Proteobacteria, Fibrobacteres and Bacteroidetes) although with diferent relative abundances. However, detected functional capacity varied, with C. fulviceps (a grass-wood-feeder) gut microbiome samples containing more genes related to amino acid metabolism, whereas N. aquilinus (a wood-feeder) gut microbiome samples were enriched in genes involved in carbohydrate metabolism and cellulose degradation. The C. fulviceps gut microbiome was enriched specifcally in genes coding for debranching- and oligosaccharide-degrading enzymes. These fndings suggest an association between the primary food source and the predicted categories of the enzymes present in the gut microbiomes of each species. To further investigate the termite microbiomes as sources of biotechnologically relevant glycosyl hydrolases, a putative GH10 endo-β-1,4- xylanase, Xyl10E, was cloned and expressed in Escherichia coli. Functional analysis of the recombinant metagenome-derived enzyme showed high specifcity towards beechwood xylan (288.1 IU/mg), with the optimum activity at 50°C and a pH-activity range from 5 to 10. These characteristics suggest that Xy110E may be a promising candidate for further development in lignocellulose deconstruction applications

Secretome profile of Cellulomonas sp. B6 growing on lignocellulosic substrates

Aims: Lignocellulosic biomass deconstruction is a bottleneck for obtaining biofuels and value-added products. Our main goal was to characterize the secretome of a novel isolate, Cellulomonas sp. B6, when grown on residual biomass for the formulation of cost-efficient enzymatic cocktails. Methods and Results: We identified 205 potential CAZymes in the genome of Cellulomonas sp. B6, 91 of which were glycoside hydrolases (GH). By secretome analysis of supernatants from cultures in either extruded wheat straw (EWS), grinded sugar cane straw (SCR) or carboxymethylcellulose (CMC), we identified which proteins played a role in lignocellulose deconstruction. Growth on CMC resulted in the secretion of two exoglucanases (GH6 and GH48) and two GH10 xylanases, while growth on SCR or EWS resulted in the identification of a diversity of CAZymes. From the 32 GHs predicted to be secreted, 22 were identified in supernatants from EWS and/or SCR cultures, including endo- and exoglucanases, xylanases, a xyloglucanase, an arabinofuranosidase/β-xylosidase, a β-glucosidase and an AA10. Surprisingly, among the xylanases, seven were GH10. Conclusions: Growth of Cellulomonas sp. B6 on lignocellulosic biomass induced the secretion of a diverse repertoire of CAZymes. Significance and Impact of the Study: Cellulomonas sp. B6 could serve as a source of lignocellulose-degrading enzymes applicable to bioprocessing and biotechnological industries.Fil: Piccinni, Florencia Elizabeth. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Ontañon, Ornella Mailén. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Sauka, Diego Herman. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Microbiología y Zoología Agrícola; ArgentinaFil: Talia, Paola Mónica. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Rivarola, Máximo Lisandro. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Valacco, María Pia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Campos, Eleonora. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentin

Optimisation of xylanases production by two Cellulomonas strains and their use for biomass deconstruction

One of the main distinguishing features of bacteria belonging to the Cellulomonas genus is their ability to secrete multiple polysaccharide degrading enzymes. However, their application in biomass deconstruction still constitutes a challenge. We addressed the optimisation of the xylanolytic activities in extracellular enzymatic extracts of Cellulomonas sp. B6 and Cellulomonas fimi B-402 for their subsequent application in lignocellulosic biomass hydrolysis by culture in several substrates. As demonstrated by secretomic profiling, wheat bran and waste paper resulted to be suitable inducers for the secretion of xylanases of Cellulomonas sp. B6 and C. fimi B-402, respectively. Both strains showed high xylanolytic activity in culture supernatant although Cellulomonas sp. B6 was the most efficient xylanolytic strain. Upscaling from flasks to fermentation in a bench scale bioreactor resulted in equivalent production of extracellular xylanolytic enzymatic extracts and freeze drying was a successful method for concentration and conservation of the extracellular enzymes, retaining 80% activity. Moreover, enzymatic cocktails composed of combined extra and intracellular extracts effectively hydrolysed the hemicellulose fraction of extruded barley straw into xylose and xylooligosaccharides.Instituto de BiotecnologíaFil: Ontañon, Ornella. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). UEDD IABIMO. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Ontañon, Ornella. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Bedő, Soma. Budapest University of Technology and Economics. Faculty of Chemical Technology and Biotechnology. Department of Applied Biotechnology and Food Science. Biorefinery Research Group; HungríaFil: Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). UEDD IABIMO. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Ghio, Silvina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Garrido, Mercedes Maria. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). UEDD IABIMO. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Garrido, Mercedes Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Topalian, Juliana. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). UEDD IABIMO. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular.Fil: Topalian, Juliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Jahola, Dóra. Budapest University of Technology and Economics. Faculty of Chemical Technology and Biotechnology. Department of Applied Biotechnology and Food Science. Biorefinery Research Group; HungríaFil: Fehér, Anikó. Budapest University of Technology and Economics. Faculty of Chemical Technology and Biotechnology. Department of Applied Biotechnology and Food Science. Biorefinery Research Group; HungríaFil: Valacco, Maria Pia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica. Centro de Estudios Químicos y Biológicos por Espectrometría de Masa; ArgentinaFil: Valacco, Maria Pia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Campos, Eleonora. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). UEDD IABIMO. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Campos, Eleonora. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Fehér, Csaba. Budapest University of Technology and Economics. Faculty of Chemical Technology and Biotechnology. Department of Applied Biotechnology and Food Science. Biorefinery Research Group; Hungrí

Synergic activity of Cel8Pa β-1,4 endoglucanase and Bg1Pa β-glucosidase from Paenibacillus xylanivorans A59 in beta-glucan conversion

In the efficient bioconversion of polysaccharides from lignocellulosic biomass, endoglucanases and β-glucosidases are key enzymes for the deconstruction of β-glucans. In this work, we focused on a GH8 endoglucanase (Cel8Pa) and a GH1 β-glucosidase (Bg1Pa) from Paenibacillus xylanivorans A59. Cel8Pa was active on a broad range of substrates, such as β-glucan from barley (24.5 IU/mg), lichenan (17.9 IU/mg), phosphoric acid swollen cellulose (PASC) (9.7 IU/mg), carboxi-methylcellulose (CMC) (7.3 IU/mg), chitosan (1.4 IU/mg) and xylan (0.4 IU/mg). Bg1Pa was active on cellobiose (C2) and cello-oligosaccharides up to C6, releasing glucose as the main product. When both enzymes were used jointly, there was a synergic effect in the conversion rate of polysaccharides to glucose. Cel8Pa and Bg1Pa presented important properties for simultaneous saccharification and fermentation (SSF) processes in second generation bioethanol production, such as tolerance to high concentration of glucose and ethanol.Fil: Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Bradanini, María B.. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Garrido, Mercedes María. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Ontañon, Ornella Mailén. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Piccinni, Florencia Elizabeth. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Marrero Diaz de Villegas, Rubén. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Talia, Paola Monica. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Campos, Eleonora. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentin

Neotropical termite microbiomes as sources of novel plant cell wall degrading enzymes

In this study, we used shotgun metagenomic sequencing to characterise the microbial metabolic potential for lignocellulose transformation in the gut of two colonies of Argentine higher termite species with different feeding habits, Cortaritermes fulviceps and Nasutitermes aquilinus. Our goal was to assess the microbial community compositions and metabolic capacity, and to identify genes involved in lignocellulose degradation. Individuals from both termite species contained the same five dominant bacterial phyla (Spirochaetes, Firmicutes, Proteobacteria, Fibrobacteres and Bacteroidetes) although with different relative abundances. However, detected functional capacity varied, with C. fulviceps (a grass-wood-feeder) gut microbiome samples containing more genes related to amino acid metabolism, whereas N. aquilinus (a wood-feeder) gut microbiome samples were enriched in genes involved in carbohydrate metabolism and cellulose degradation. The C. fulviceps gut microbiome was enriched specifically in genes coding for debranching- and oligosaccharide-degrading enzymes. These findings suggest an association between the primary food source and the predicted categories of the enzymes present in the gut microbiomes of each species. To further investigate the termite microbiomes as sources of biotechnologically relevant glycosyl hydrolases, a putative GH10 endo-β-1,4-xylanase, Xyl10E, was cloned and expressed in Escherichia coli. Functional analysis of the recombinant metagenome-derived enzyme showed high specificity towards beechwood xylan (288.1 IU/mg), with the optimum activity at 50 °C and a pH-activity range from 5 to 10. These characteristics suggest that Xy110E may be a promising candidate for further development in lignocellulose deconstruction applications.Fil: Romero Victorica, Matias. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Soria, Marcelo Abel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; ArgentinaFil: Batista García, Ramón Alberto. Universidad Autónoma del Estado de Morelos.; MéxicoFil: Ceja Navarro, Javier A.. Lawrence Berkeley National Laboratory; Estados UnidosFil: Vikram, Surendra. University of the Witwatersrand; SudáfricaFil: Ortiz, Maximiliano. University of Pretoria; SudáfricaFil: Ontañon, Ornella Mailén. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Ghio, Silvina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Martínez Ávila, Liliana. Universidad Autónoma del Estado de Morelos.; MéxicoFil: Quintero García, Omar Jasiel. Universidad Autónoma del Estado de Morelos.; MéxicoFil: Etcheverry, Clara. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Departamento de Biología. Cátedra Biología de los Invertebrados; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Campos, Eleonora. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Cowan, Donald Arthur. University of Pretoria; SudáfricaFil: Arneodo Larochette, Joel Demián. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Talia, Paola Monica. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentin

Neotropical termite microbiomes as sources of novel plant cell wall degrading enzymes

In this study, we used shotgun metagenomic sequencing to characterise the microbial metabolic potential for lignocellulose transformation in the gut of two colonies of Argentine higher termite species with different feeding habits, Cortaritermes fulviceps and Nasutitermes aquilinus. Our goal was to assess the microbial community compositions and metabolic capacity, and to identify genes involved in lignocellulose degradation. Individuals from both termite species contained the same five dominant bacterial phyla (Spirochaetes, Firmicutes, Proteobacteria, Fibrobacteres and Bacteroidetes) although with different relative abundances. However, detected functional capacity varied, with C. fulviceps (a grass-wood-feeder) gut microbiome samples containing more genes related to amino acid metabolism, whereas N. aquilinus (a wood-feeder) gut microbiome samples were enriched in genes involved in carbohydrate metabolism and cellulose degradation. The C. fulviceps gut microbiome was enriched specifically in genes coding for debranching- and oligosaccharide-degrading enzymes. These findings suggest an association between the primary food source and the predicted categories of the enzymes present in the gut microbiomes of each species. To further investigate the termite microbiomes as sources of biotechnologically relevant glycosyl hydrolases, a putative GH10 endo-β-1,4- xylanase, Xyl10E, was cloned and expressed in Escherichia coli. Functional analysis of the recombinant metagenome-derived enzyme showed high specificity towards beechwood xylan (288.1 IU/mg), with the optimum activity at 50 °C and a pH-activity range from 5 to 10. These characteristics suggest that Xy110E may be a promising candidate for further development in lignocellulose deconstruction applications.CONICET Fellowships, the Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA), Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT) Proyectos de Investigación Científica y Tecnológica (PICT), Conacyt and the Conacyt Fellowships.http://www.nature.com/srepam2021BiochemistryGeneticsMicrobiology and Plant Patholog