Análise e expressão de genes de PKS II e de carboidrases provenientes de bibliotecas metagenômicas

Abstract

The Clone metagenomic B5pl37 (insert of 23kb length) was obtained by a PCR prospect for gene set Polyketide Synthases type II (PKSII) in a library cosmidial eucalyptus grove soil sample (SE). The PKSII are responsible for producing many bioactive molecules, among which the antibiotics were noticeable. Part of the sequence of the insert (27-43% coverage) showed similarity of 77-78% with bacteria Streptomycetaceae family (BLASTN tool, Genbank). In PKS II gene annotation was possible to identify genes related to the degradation of lignocellulosic important compounds for the production of second generation biofuel (2G): A β-glucosidase, a cellulose and a Multicopper oxidase (MCO). Considering the industrial importance of these genes, this study aimed to characterize in silico and in vitro /in vivo thereof. The in silico analyzes helped identify the architecture of the active site (protein structure obtained by homology) and enzyme families (based on phenetic groups with sequences of known enzyme activity). The in vitro / vivo experiments were performed in pET28a expression vector in Escherichia coli for cellulase (E. coli strains BL21; Artics and C41) and β-glucosidase (E. coli BL21), while the gene MCO in vitro synthesis for a subsequent study it was submitted. We had done the kinetic characterization of β- glucosidase (best performance in the expression and purification), which obtained the catalytic parameters: Vmax 0.79 uM / min; km from 0.46 mM. The respective temperature and the pH optimum for the enzyme was 37 ° C and pH7-7,5; and the enzyme was able to maintain an activity above 80% at a pH of 6.5-8.0 and temperature range 35-40 ° C. With respect to PKSII, the preparatory processes have been started to insert the expression in the same host specialized for expression of Streptomyces coelicolor antibiotic M1152 (courtesy of Juan P. Gomez-Escribano, John Innes Centre, Norwich, UK). Cosmidial exchange vector was carried out ...

O clone metagenômico B5pl37 (inserto de 23 Kb) foi obtido por meio de uma prospecção por PCR para o conjunto gênico de Policetídeos Sintases tipo II (PKSII) em uma biblioteca cosmidial de amostra de solo de bosque de eucaliptos (S.E.). As PKSII são responsáveis pela produção de inúmeras moléculas bioativas, dentre os quais se destacam os antibióticos policetídicos. Parte da sequência do inserto (cobertura de 27-43%) apresentou similaridade de 77-78% com bactérias da família Streptomycetaceae (ferramenta BlastN, Genbank). Além da PKS II, a anotação gênica permitiu identificar genes relacionados à degradação de compostos lignocelulósicos importantes para a produção de combustíveis de segunda geração (2G): uma β- glicosidase, uma celulase e uma Multicopper oxidase (MCO). Considerando a importância industrial destes genes, este trabalho teve como objetivo a caracterização in silico e in vitro/vivo dos mesmos. As análises in silico auxiliaram a identificar a arquitetura do sítio ativo (modelo de estrutura proteica obtida por homologia) e famílias enzimáticas (com base em agrupamentos fenéticos com sequências de enzimas de atividade conhecida). Quanto às análises in vitro/vivo, foram realizados experimentos de expressão em vetor pET28a em Escherichia coli para as enzimas celulase (linhagens de E.coli BL21; C41 e Artics) e β-glicosidase (E.coli BL21), enquanto o gene MCO foi submetido à síntese in vitro para um estudo posterior. Foi feita a caracterização cinética da β-glicosidase (melhor rendimento na expressão e purificação), que obteve os parâmetros catalíticos: Vmax de 0,79 μM/min; km de 0,46 mM.. Os respectivos valores de temperatura e pH ótimos para a enzima foram 37°C e pH7-7,5; e a enzima foi capaz de manter uma atividade acima de 80% para uma faixa de pH 6,5-8,0 e temperatura 35- 40°C. Com relação à PKSII, foram iniciados os processos preparatórios para a...