Identificação de lignocelulose fúngica

Communications Biology volume 5, Número do artigo: 1254 (2022) Citar este artigo

1857 Acessos

1 Citações

5 Altmétrica

Detalhes das métricas

Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 01 de dezembro de 2022

Este artigo foi atualizado

O perfil protéico baseado em atividade (ABPP) emergiu como um método bioquímico versátil para estudar a atividade enzimática sob várias condições fisiológicas, com aplicações até agora principalmente na biomedicina. Aqui, mostramos o potencial do ABPP na descoberta de biocatalisadores do fungo Phanerochaete chrysosporium termofílico e degradador de lignocelulose. Empregando uma tela funcional comparativa baseada em ABPP, incluindo um perfil direto de enzimas ligadas ao substrato de madeira, identificamos as esterases de carboidratos que degradam lignocelulose (CE1 e CE15) e hidrolase de glicosídeo (GH3, GH5, GH16, GH17, GH18, GH25, GH30, GH74 e GH79) enzimas especificamente ativas na presença do substrato. Como a expressão de enzimas fúngicas continua desafiadora, nossa abordagem mediada por ABPP representa um procedimento de pré-seleção para concentrar esforços experimentais nos biocatalisadores mais promissores. Além disso, esta abordagem também pode permitir a anotação funcional de domínios de funções desconhecidas (DUFs). A triagem de biocatalisadores baseada em ABPP descrita aqui pode, assim, permitir a identificação de enzimas ativas em um processo de interesse e a elucidação de novos biocatalisadores que não compartilham similaridade de sequência com contrapartes conhecidas.

O perfil de proteína baseado em atividade (ABPP) emergiu como uma metodologia de proteômica química amplamente utilizada para pesquisa em biologia básica1,2,3,4,5. Em ABPP, sondas baseadas em atividade (ABPs) que consistem em uma "ogiva" reativa, uma fração inibidora de enzima que forma uma ligação covalente irreversível com sua(s) proteína(s) alvo e frequentemente garante uma alta especificidade de classe de enzima, um ligante e um repórter tag são usados ​​para rotular, identificar e relatar enzimas ativas em condições fisiológicas nativas. Como repórteres, biotina, fluoróforos ou os chamados marcadores de duas etapas, como alcino ou azida, são frequentemente usados6. Nos últimos anos, esforços intensivos foram realizados, tanto para desenvolver novos ABPs visando novas famílias de enzimas quanto para estabelecer seu uso, entre outros, na descoberta de medicamentos (descoberta de alvos e leads, engajamento de alvos)7,8,9,10,11 ,12, biologia vegetal13, ou microbiologia14,15,16,17,18.

Uma aplicação ABPP alternativa em evolução é seu uso na triagem de biocatalisadores e, portanto, biotecnologia (aqui definimos biocatalisadores como enzimas com potencial uso industrial)19,20,21. Por exemplo, o ABPP pode ser usado para descobrir biocatalisadores microbianos capazes de transformar biomassa polimérica complexa como lignocelulose, entidades muito procuradas no contexto de energia sustentável e processos de bioeconomia circular22,23,24. Em contraste com as abordagens de triagem de biocatalisadores baseadas em homologia de sequência (por exemplo, a análise de dados genômicos25), a ABPP explora a seletividade enzimática estabelecida de ABPs para identificar novos biocatalisadores com preferências de substrato desejáveis, em princípio, sem a necessidade de atribuir homologias de sequência (Fig. 1a)26,27. No que é denominado "enriquecimento baseado em ABP", apenas as enzimas que são ativas e, portanto, têm a capacidade de reagir com um ABP são selecionadas para posterior identificação por sequenciamento baseado em LC-MS/MS, o que limita a identificação da proteína de acordo com o alvo especificidade dos INFERNOS usados. Consequentemente, a expressão e purificação bioquímicas de proteínas, muitas vezes incômodas, são limitadas apenas aos biocatalisadores pré-selecionados pelo ABPP - uma enorme redução de trabalho quando comparada aos métodos de triagem que dependem de expressões sistemáticas de proteínas. Isso é particularmente relevante em campanhas de triagem de biocatalisadores fúngicos, que são frequentemente dificultadas pela difícil expressão e purificação de proteínas heterólogas, por exemplo, como resultado de padrões complexos de glicosilação no caso de enzimas de degradação de madeira28,29. Apesar desses avanços intrínsecos, a descoberta de biocatalisadores baseados em ABPP tem sido aplicada principalmente em estudos de prova de conceito usando culturas puras, geralmente de organismos modelo e, mais importante, de meios de cultura padrão para seu crescimento30,31,32,33,34 .