XynDZ5: 新しい耐熱性GH10キシラナーゼ

XynDZ5: A New Thermostable GH10 Xylanase.

• Dimitra Zarafeta
• Anastasia P Galanopoulou
• Maria Evangelia Leni
• Stavroula I Kaili
• Magda S Chegkazi
• Evangelia D Chrysina
• Fragiskos N Kolisis
• Dimitris G Hatzinikolaou
• Georgios Skretas

抄録

キシラナーゼ酵素は、食品添加物、ベーカリー製品、コーヒー抽出、農業サイレージ、機能性食品などの様々なプロセスや製品の生物触媒コンポーネントとして、産業バイオテクノロジーにおける幅広いアプリケーションを持っています。このような高温での安定性や他の変性因子の存在下での安定性など、工業的に関連する特定の特性を持つキシラナーゼの発見に対する関心の高まりは、市場の需要の増加に拍車をかけている。この作品では、我々 は発見と生化学的特性を報告する新しい耐熱性 GH10 キシラナーゼ、XynDZ5 と呼ばれる、最も近い特徴的なキシラン分解酵素と 26% のアミノ酸配列の同一性を示す。この新しい酵素は、最近開発されたバイオインフォマティクス解析プラットフォームを使用して種のアイスランドの温泉濃縮培養で発見されました。XynDZ5は、組換えで生産され、精製され、生化学的に特徴付けられた。この分析により、この酵素は、65-75℃およびpH7.5で最適に機能するエンド-1,4-β-キシラナーゼとして作用することが明らかになった。この酵素は、高温で数時間培養した後でも、様々な金属イオンや変性剤の存在下でも高い触媒効率を維持することができます。興味深いことに、XynDZ5の生化学的プロファイルは非典型的なものであることがわかった。XynDZ5の三次元構造の計算モデル化により、ファミリーGH10酵素の中で非常に頻繁に見られる(β/α)TIMバレルフォールドが予測された。このモデル化された構造は、その触媒性能の側面を説明しうる構造的特徴についての手がかりを与えてくれた。私たちの結果は、XynDZ5がパルプ、紙、ベーキング、動物飼料、バイオ燃料産業におけるいくつかの高温バイオテクノロジーのアプリケーションに適した有望な新しいバイオ触媒候補を表していることを示唆しています。

Xylanolytic enzymes have a broad range of applications in industrial biotechnology as biocatalytic components of various processes and products, such as food additives, bakery products, coffee extraction, agricultural silage and functional foods. An increasing market demand has driven the growing interest for the discovery of xylanases with specific industrially relevant characteristics, such as stability at elevated temperatures and in the presence of other denaturing factors, which will facilitate their incorporation into industrial processes. In this work, we report the discovery and biochemical characterization of a new thermostable GH10 xylanase, termed XynDZ5, exhibiting only 26% amino acid sequence identity to the closest characterized xylanolytic enzyme. This new enzyme was discovered in an Icelandic hot spring enrichment culture of a species using a recently developed bioinformatic analysis platform. XynDZ5 was produced recombinantly in , purified and characterized biochemically. This analysis revealed that it acts as an endo-1,4-β-xylanase that performs optimally at 65-75°C and pH 7.5. The enzyme is capable of retaining high levels of catalytic efficiency after several hours of incubation at high temperatures, as well as in the presence of significant concentrations of a range of metal ions and denaturing agents. Interestingly, the XynDZ5 biochemical profile was found to be atypical, as it also exhibits significant exo-activity. Computational modeling of its three-dimensional structure predicted a (β/α) TIM barrel fold, which is very frequently encountered among family GH10 enzymes. This modeled structure has provided clues about structural features that may explain aspects of its catalytic performance. Our results suggest that XynDZ5 represents a promising new candidate biocatalyst appropriate for several high-temperature biotechnological applications in the pulp, paper, baking, animal-feed and biofuel industries.

Copyright © 2020 Zarafeta, Galanopoulou, Leni, Kaili, Chegkazi, Chrysina, Kolisis, Hatzinikolaou and Skretas.