Bioprospecting for Novel Thermozymes in Metagenomic Libraries from Hot Springs

Abstract

[Abstract] Hot spring metagenomes are described as the DNA of whole microbial communities inhabiting high temperature inland water habitats. The focus of the present work was to search for thermozymes (that maintain their activity at high temperatures) encoded in such metagenomes, as they find biotechnological applications in all kinds of industries. Additional information like the metabolic interactions between community members have been studied as well. The first step of the metagenomic study consisted in the sampling of two hot springs: As Burgas and Muiño da Veiga. The metagenomic DNA from these samples was extracted and used to construct two metagenomic libraries. These libraries were screened to detect potentially relevant enzymatic activities using a wide range of substrates, resulting in the discovery of a novel thermozyme with lipolytic activity (LipB12_A11) which was biochemically characterized. The metagenomic DNA from one of the hot springs was also sequenced with a shotgun sequencing strategy. This led to the description of the microbial community from the hot spring, based on sequence reads abundance and taxonomical and functional assignment. Reads assembly into larger sequences allowed the prediction of several putative proteins with biotechnological interest. Of these, a novel endoglucanase (Cel776) was expressed and biochemically characterized.

[Resumen] Los metagenomas de aguas termales consisten en el conjunto del ADN de comunidades microbianas procedentes de hábitats de aguas continentales a altas temperaturas. El objetivo de este trabajo es la búsqueda en estos metagenomas de termozimas (que mantienen su actividad a altas temperaturas) codificadas en ellos, ya que tienen aplicaciones biotecnológicas en todo tipo de industrias. Además, se han estudiado las interacciones metabólicas que existen entre los miembros de la comunidad microbiana. El primer paso en el estudio metagenómico ha sido el muestreo de dos fuentes termales: As Burgas y Muiño da Veiga. Se extrajo el ADN metagenómico de estas muestras y se construyeron dos metagenotecas. Se realizó una búsqueda funcional usando un abanico de sustratos en las metagenotecas para encontrar actividades enzimáticas potencialmente relevantes, y se caracterizó bioquímicamente una nueva termozima con actividad lipolítica (LipB12_A11). Además, se secuenció el ADN metagenómico de una de las fuentes termales con una estrategia shotgun. En base a la abundancia de las lecturas y su asignación taxonómica y funcional se describió la comunidad microbiana de la fuente termal. Las lecturas se ensamblaron en secuencias más largas para predecir proteínas putativas con interés biotecnológico. De ellas, se expresó y caracterizó una nueva endoglucanasa (Cel776).

[Resumo] Os metaxenomas de augas termais consisten no conxunto do ADN de comunidades microbianas de hábitats de augas continentais a alta temperatura. O obxectivo deste traballo é a procura nestes metaxenomas de termoencimas (que manteñen a súa actividade a altas temperaturas) que neles se codifican, xa que teñen aplicacións biotecnolóxicas en todo tipo de industrias. Ademáis, estudáronse as interaccións metabólicas que existen entre os membros da comunidade microbiana. O primeiro paso do estudo metaxenómico foi a toma de mostras de dúas fontes termais: As Burgas e Muiño da Veiga. Destas mostras foi extraído o ADN metaxenómico e construíronse dúas metaxenotecas. Realizouse unha busca funcional empregando unha serie de substratos nas metaxenotecas para atopar actividades encimáticas potencialmente relevantes e caracterizouse bioquímicamente unha nova termocima con actividade lipolítica (LipB12_A11). Ademais, o ADN metaxenómico dunha das augas termais secuenciouse mediante unha estratexia de shotgun. Baseado na abundancia de lecturas e na súa asignación taxonómica e funcional, describimos a comunidade microbiana da fonte termal. As lecturas reuníronse en secuencias máis longas para predicir proteínas con suposto interese biotecnolóxico. Destas, expresouse e caracterizouse unha nova endoglucanasa (Cel776).