Biochemical analysis of a highly specific, pH stable xylanase gene identified from a bovine rumen-derived metagenomic library.

Gong, X., Gruniniger, R.J., Forster, R.J., Teather, R.M., et McAllister, T.A. (2013). « Biochemical analysis of a highly specific, pH stable xylanase gene identified from a bovine rumen-derived metagenomic library. », Applied Microbiology and Biotechnology, 97(6), p. 2423-2431. doi : 10.1007/s00253-012-4088-y  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Nous avons préparé une banque métagénomique avec de l’ADN microbien extrait du contenu ruminal de vaches laitières nourries de foin de graminées et cloné dans un système de chromosome bactérien artificiel. Le criblage fonctionnel de la banque a permis d’identifier un gène codant une puissante glycoside-hydrolase, xyn10N18; le gène faisait partie d’un groupe de gènes xylanolytiques consistant en quatre cadres de lecture ouverts (ORF). L’ORF xyn10N18 code une endo-β-1,4-xylanase avec un domaine catalytique de la famille 10 des glycosyl‑hydrolases (GH10) qui prend une forme repliée en α8/ß8 de type canonique et qui possède des résidus gluatmate catalytiques conservés typiques des xylanases GH10. La protéine Xyn10N18 montre une activité catalytique optimale à 35 °C et à pH 6,5, et se révèle très stable aux changements de pH, conservant au moins 85 % de son activité catalytique relative à des pH variant de 4,0 à 12,0. La protéine a aussi conservé 25 % de son activité relative à basse température (4 °C) et à température élevée (55 °C), mais la stabilité de l’enzyme diminuait rapidement au-dessus de 40 °C. L’activité spécifique de la protéine Xyn10N18 était accrue par les cations bivalents Mn2+ et Co2+ et considérablement réduite par les cations Hg2+ et Cu2+. Il est intéressant de noter que l’EDTA n’a que peu d’effet sur l’activité spécifique, indiquant que les cations bivalents ne fonctionnent pas de façon mécanistique. L’enzyme s’est révélée hautement spécifique des substrats contenant du xylane et n’avait aucune activité catalytique à l’égard de la cellulose. L’analyse des produits de l’hydrolyse montre que la protéine Xyn10N18 est une xylanase. Avec sa combinaison de modélisation structurale et de caractérisation enzymatique in vitro, cette étude aide à comprendre le mécanisme enzymatique. Par ailleurs, la spécificité de l’enzyme pour son substrat peut servir de point de départ pour l’évolution dirigée de la protéine Xyn10N18 et son utilisation industrielle subséquente.

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