Accelerated discovery of novel glycoside hydrolases using targeted functional profiling and selective pressure on the rumen microbiome
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Carbohydrate-active enzymes (CAZymes) form the most widespread and structurally diverse set of enzymes involved in the breakdown, biosynthesis, or modification of lignocellulose that can be found in living organisms. However, the structural diversity of CAZymes has rendered the targeted discovery of novel enzymes extremely challenging, as these proteins catalyze many different chemical reactions and are sourced by a vast array of microbes. Consequently, many uncharacterized members of CAZyme families of interest have been overlooked by current methodologies (e.g., metagenomic screening) used to discover lignocellulolytic enzymes. RESULTS: In the present study, we combined phenotype-based selective pressure on the rumen microbiota with targeted functional profiling to guide the discovery of unknown CAZymes. In this study, we found 61 families of glycoside hydrolases (GH) (out of 182 CAZymes) from protein sequences deposited in the CAZy database-currently associated with more than 20,324 microbial genomes. Phenotype-based selective pressure on the rumen microbiome showed that lignocellulolytic bacteria (e.g., Fibrobacter succinogenes, Butyrivibrio proteoclasticus) and three GH families (e.g., GH11, GH13, GH45) exhibited an increased relative abundance in the rumen of feed efficient cattle when compared to their inefficient counterparts. These results paved the way for the application of targeted functional profiling to screen members of the GH11 and GH45 families against a de novo protein reference database comprised of 1184 uncharacterized enzymes, which led to the identification of 18 putative xylanases (GH11) and three putative endoglucanases (GH45). The biochemical proof of the xylanolytic activity of the newly discovered enzyme validated the computational simulations and demonstrated the stability of the most abundant xylanase. CONCLUSIONS: These findings contribute to the discovery of novel enzymes for the breakdown, biosynthesis, or modification of lignocellulose and demonstrate that the rumen microbiome is a source of promising enzyme candidates for the biotechnology industry. The combined approaches conceptualized in this study can be adapted to any microbial environment, provided that the targeted microbiome is easy to manipulate and facilitates enrichment for the microbes of interest. Video Abstract.
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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 | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
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 ».