Caracterización de enzimas activas en celulosa y hemicelulosa de la microbiota intestinal del herbívoro Coendou vestitus y evaluación del potencial biotecnológico de celulasas recombinantes en Bacillus subtilis para el aprovechamiento de biomasa vegetal recalcitrante en el Departamento de Casanare
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Español
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Resumen
La biomasa lignocelulósica constituye una materia prima renovable y abundante, pero su degradación está limitada por la recalcitrancia de la celulosa y su matriz asociada. En este estudio se investigó la microbiota intestinal del puercoespín endémico de Colombia Coendou vestitus como fuente de diversidad taxonómica y de enzimas activas sobre carbohidratos (CAZymes) en especial celulosa y hemicelulosa, con potencial biotecnológico. A partir de ADN fecal, se realizó análisis metagenómico para describir la composición microbiana y el repertorio funcional de enzimas lignocelulolíticas. Los filos más abundantes fueron Pseudomonadota, Bacillota y Bacteroidota. Adicionalmente, se identificaron predominantemente celulasas y hemicelulasas, con un perfil de CAZymes enriquecido en glicosilhidrolasas (GH), seguido por glicosiltransferasas (GT), esterasas de carbohidratos (CE), actividades auxiliares (AA) y liasas de polisacáridos (PL). Para comprender en más detalle la arquitectura de las enzimas potencialmente involucradas en la descomposición de los polisacáridos, se realizó un análisis de dominios donde se encontró que el 73.2% de las secuencias correspondió a enzimas monodominio, mientras que el 26.8% presentó configuraciones multidominio, principalmente asociadas a módulos de unión a carbohidratos (CBMs). Con base en el metagenoma, se amplificaron genes de celulasas GH5 y GH9, se clonaron en plásmidos y se transfirieron a una plataforma de expresión sintética en Bacillus subtilis carente de actividad endoglucanasa. La actividad de las celulasas recombinantes se evaluó sobre un medio con carboximetilcelulosa (CMC) como fuente de carbono y la prueba Rojo Congo, donde se confirmó la actividad endoglucanasa de la enzima Cel9A de Anaerocolumna sp. En conjunto, estos resultados posicionan a C. vestitus como un sistema relevante para bioprospección de enzimas lignocelulolíticas y su producción recombinante orientada al aprovechamiento de biomasa vegetal recalcitrante. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
Lignocellulosic biomass is an abundant, renewable feedstock; however, its conversion is constrained by the recalcitrance of cellulose and its associated matrix. This study investigated the gut microbiota of the Colombian endemic porcupine Coendou vestitus as a source of taxonomic diversity and carbohydrate-active enzymes (CAZymes), particulary cellulose and hemicellulose, with biotechnological potential. Using fecal DNA, we performed metagenomic analyses to profile microbial composition and the functional repertoire of lignocellulolytic enzymes. The most abundant phyla were Pseudomonadota, Bacillota, and Bacteroidota. Cellulases and hemicellulases predominated, and the CAZyme landscape was enriched in glycoside hydrolases (GH), followed by glycosyltransferases (GT), carbohydrate esterases (CE), auxiliary activities (AA), and polysaccharide lyases (PL). Domain architecture analysis indicated that 73.2% of sequences encoded single-domain enzymes, whereas 26.8% displayed multidomain configurations, most frequently associated with carbohydrate-binding modules (CBMs). Based on the metagenome, GH5 and GH9 cellulase genes were amplified, cloned into plasmids, and transferred to a synthetic expression platform in Bacillus subtilis lacking endogenous endoglucanase activity. The activity of the recombinant cellulases was evaluated on a medium containing carboxymethylcellulose (CMC) as a carbon source using the Congo red test, which confirmed the endoglucanase activity of the Cel9A enzyme from Anaerocolumna sp. Taken together, these results position C. vestitus as a relevant system for bioprospecting lignocellulolytic enzymes and their recombinant production aimed at utilizing recalcitrant plant biomass.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas