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Mining for novel cyclomaltodextrin glucanotransferases unravels the carbohydrate metabolism pathway via cyclodextrins in Thermoanaerobacterales.
Centeno-Leija, Sara; Espinosa-Barrera, Laura; Velazquez-Cruz, Beatriz; Cárdenas-Conejo, Yair; Virgen-Ortíz, Raúl; Valencia-Cruz, Georgina; Saenz, Roberto A; Marín-Tovar, Yerli; Gómez-Manzo, Saúl; Hernández-Ochoa, Beatriz; Rocha-Ramirez, Luz María; Zataraín-Palacios, Rocío; Osuna-Castro, Juan A; López-Munguía, Agustín; Serrano-Posada, Hugo.
Affiliation
  • Centeno-Leija S; Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Laboratorio de Biología Sintética, Estructural y Molecular, Laboratorio de Agrobiotecnología, Tecnoparque CLQ, Universidad de Colima, Carretera Los Limones-Loma de Juárez, 28627, Colima, Colima, Mexico. scenteno0@ucol.mx.
  • Espinosa-Barrera L; Laboratorio de Biología Sintética, Estructural y Molecular, Laboratorio de Agrobiotecnología, Tecnoparque CLQ, Universidad de Colima, Carretera Los Limones-Loma de Juárez, 28627, Colima, Colima, Mexico.
  • Velazquez-Cruz B; Laboratorio de Biología Sintética, Estructural y Molecular, Laboratorio de Agrobiotecnología, Tecnoparque CLQ, Universidad de Colima, Carretera Los Limones-Loma de Juárez, 28627, Colima, Colima, Mexico.
  • Cárdenas-Conejo Y; Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Laboratorio de Biología Sintética, Estructural y Molecular, Laboratorio de Agrobiotecnología, Tecnoparque CLQ, Universidad de Colima, Carretera Los Limones-Loma de Juárez, 28627, Colima, Colima, Mexico.
  • Virgen-Ortíz R; Laboratorio de Biología Sintética, Estructural y Molecular, Laboratorio de Agrobiotecnología, Tecnoparque CLQ, Universidad de Colima, Carretera Los Limones-Loma de Juárez, 28627, Colima, Colima, Mexico.
  • Valencia-Cruz G; Centro Universitario de Investigaciones Biomédicas, Universidad de Colima, Avenida 25 de julio 965, Colonia Villa de San Sebastián, 28045, Colima, Colima, Mexico.
  • Saenz RA; Facultad de Ciencias, Universidad de Colima, Bernal Díaz del Castillo 340, 28045, Colima, Colima, Mexico.
  • Marín-Tovar Y; Laboratorio de Bioquímica Estructural, Departamento de Medicina Molecular y Bioprocesos, Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Avenida Universidad 2001, Colonia Chamilpa, 62210, Cuernavaca, Mexico.
  • Gómez-Manzo S; Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530, Mexico City, Mexico.
  • Hernández-Ochoa B; Laboratorio de Inmunoquímica y Biología Celular, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Secretaría de Salud, 06720, Mexico City, Mexico.
  • Rocha-Ramirez LM; Unidad de Investigación en Enfermedades Infecciosas, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Dr. Márquez No. 162, Colonia Doctores, 06720, Delegación Cuauhtémoc, Mexico.
  • Zataraín-Palacios R; Escuela de Medicina General, Universidad José Martí, Bosques del Decán 351, 28089, Colima, Colima, México.
  • Osuna-Castro JA; Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad de Colima, Autopista Colima-Manzanillo, 28100, Tecomán, Colima, Mexico.
  • López-Munguía A; Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Avenida Universidad 2001, Colonia Chamilpa, 62210, Cuernavaca, Morelos, Mexico.
  • Serrano-Posada H; Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Laboratorio de Biología Sintética, Estructural y Molecular, Laboratorio de Agrobiotecnología, Tecnoparque CLQ, Universidad de Colima, Carretera Los Limones-Loma de Juárez, 28627, Colima, Colima, Mexico. hserrano0@ucol.mx.
Sci Rep ; 12(1): 730, 2022 01 14.
Article in En | MEDLINE | ID: mdl-35031648
ABSTRACT
Carbohydrate metabolism via cyclodextrins (CM-CD) is an uncommon starch-converting pathway that thoroughly depends on extracellular cyclomaltodextrin glucanotransferases (CGTases) to transform the surrounding starch substrate to α-(1,4)-linked oligosaccharides and cyclodextrins (CDs). The CM-CD pathway has emerged as a convenient microbial adaptation to thrive under extreme temperatures, as CDs are functional amphipathic toroids with higher heat-resistant values than linear dextrins. Nevertheless, although the CM-CD pathway has been described in a few mesophilic bacteria and archaea, it remains obscure in extremely thermophilic prokaryotes (Topt ≥ 70 °C). Here, a new monophyletic group of CGTases with an exceptional three-domain ABC architecture was detected by (meta)genome mining of extremely thermophilic Thermoanaerobacterales living in a wide variety of hot starch-poor environments on Earth. Functional studies of a representative member, CldA, showed a maximum activity in a thermoacidophilic range (pH 4.0 and 80 °C) with remarkable product diversification that yielded a mixture of αßγ-CDs (34624) from soluble starch, as well as G3-G7 linear dextrins and fermentable sugars as the primary products. Together, comparative genomics and predictive functional analysis, combined with data of the functionally characterized key proteins of the gene clusters encoding CGTases, revealed the CM-CD pathway in Thermoanaerobacterales and showed that it is involved in the synthesis, transportation, degradation, and metabolic assimilation of CDs.
Subject(s)

Full text: 1 Collection: 01-internacional Database: MEDLINE Main subject: Cyclodextrins / Thermoanaerobacterium / Carbohydrate Metabolism / Glucosyltransferases Language: En Journal: Sci Rep Year: 2022 Document type: Article Affiliation country: México

Full text: 1 Collection: 01-internacional Database: MEDLINE Main subject: Cyclodextrins / Thermoanaerobacterium / Carbohydrate Metabolism / Glucosyltransferases Language: En Journal: Sci Rep Year: 2022 Document type: Article Affiliation country: México
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