Directed evolution of a fungal β-glucosidase in Saccharomyces cerevisiae
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: β-glucosidases (BGLs) catalyze the hydrolysis of soluble cellodextrins to glucose and are a critical component of cellulase systems. In order to engineer Saccharomyces cerevisiae for the production of ethanol from cellulosic biomass, a BGL tailored to industrial bioconversions is needed. RESULTS: We applied a directed evolution strategy to a glycosyl hydrolase family 3 (GH3) BGL from Aspergillus niger (BGL1) by expressing a library of mutated bgl1 genes in S. cerevisiae and used a two-step functional screen to identify improved enzymes. Twelve BGL variants that supported growth of S. cerevisiae on cellobiose and showed increased activity on the synthetic substrate p-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside were identified and characterized. By performing kinetic experiments, we found that a Tyr → Cys substitution at position 305 of BGL1 dramatically reduced transglycosidation activity that causes inhibition of the hydrolytic reaction at high substrate concentrations. Targeted mutagenesis demonstrated that the position 305 residue is critical in GH3 BGLs and likely determines the extent to which transglycosidation reactions occur. We also found that a substitution at Gln(140) reduced the inhibitory effect of glucose and could be combined with the Y305C substitution to produce a BGL with decreased sensitivity to both the product and substrate. Using the crystal structure of a GH3 BGL from A. aculeatus, we mapped a group of beneficial mutations to the β/α domain of the molecule and postulate that this region modulates activity through subunit interactions. Six BGL variants were identified with substitutions in the MFα pre-sequence that was used to mediate secretion of the protein. Substitutions at Pro(21) or Val(22) of the MFα pre-sequence could produce up to a twofold increase in supernatant hydrolase activity and provides evidence that expression and/or secretion was an additional factor limiting hydrolytic activity. CONCLUSIONS: Using directed evolution on BGL1, we identified a key residue that controls hydrolytic and transglycosidation reactions in GH3 BGLs. We also found that several beneficial mutations could be combined and increased the hydrolytic activity for both synthetic and natural substrates.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».