Enzymatic Depolymerization of Ulvan by Using Ulvan Lyase Enzyme Complex for Effective Production of Low Molecular Weight Algal Oligosaccharides

Abstract

The diverse structural and functional properties of algal biomass provide the potential for biological research. To effectively utilize algal biomass, depolymerization into low-molecular-weight algal oligosaccharides is needed. To confirm the depolymerization of algal biomass, green algal ulvan was used in the experiment. Cellulosomes, one of the complex enzymatic systems produced by C. cellulovorans, have various cellulolytic subunits bound to the non-enzymatic scaffoldin CbpA via dockerin-cohesin interactions. The dockerin-cohesin interactions are high-affinity protein‒protein interactions. Previous studies have reported that CBM increases the proximity of the enzyme to the substrate by targeting the enzyme to the substrate upon binding and enhances the catalytic function of carbohydrate-active enzymes (CAZymes) that degrade polysaccharides. In this study, the dockerin-cohesin interaction was used to create a highly active enzyme capable of depolymerizing into low molecular weight oligosaccharides. The chimeric enzyme was created by attaching dockerin to the C-terminus of the enzyme, and a scaffolding protein containing CBM and two cohesins was used. Then, the enzyme complex reacted with polysaccharides extracted from biomass to confirm the effect of substrate depolymerization. As a result, the excellent ulvan depolymerization efficiency of the enzymatic complex constructed by the dockerin-cohesin interaction was confirmed. The use of cellulosic dockerin-cohesin interactions in seaweed polysaccharide depolymerase complexes is efficient and will advance biotechnology research for the production of functional oligosaccharides. |조류 바이오매스의 다양한 구조적 및 기능적 특성은 생물학적 연구의 잠재력을 제공합니다. 조류 바이오매스를 효과적으로 활용하기 위해서는 저분자량 조류 올리고당으로의 해중합이 필요합니다. 조류 바이오매스의 해중합을 확인하기 위해 녹조류 울반을 실험에 사용했습니다. C. cellulovorans에 의해 생성된 복잡한 효소 시스템 중 하나인 셀룰로좀은 도커린-코헤신 상호 작용을 통해 비효소 스캐폴딘 씨비피에이에 결합된 다양한 셀룰로오스 분해 소단위를 가지고 있습니다. 도커린-코헤신 상호작용은 고친화성 단백질-단백질 상호작용입니다. 이전 연구에서는 CBM이 결합 시 효소를 기질에 표적화함으로써 기질에 대한 효소의 근접성을 증가시키고 다당류를 분해하는 탄수화물 활성 효소(CAZymes)의 촉매 기능을 향상시킨다고 보고했습니다. 이 연구에서는 도커린-코헤신 상호작용을 사용하여 저분자량 올리고당으로 해중합할 수 있는 고활성 효소를 생성했습니다. 키메라 효소는 효소의 C-말단에 도커린을 부착하여 생성하였으며, 씨비엠과 2개의 코헤신을 포함하는 스캐폴딩 단백질을 사용했습니다. 그런 다음, 효소 복합체를 바이오매스에서 추출한 다당류와 반응시켜 기질 해중합 효과를 확인했습니다. 그 결과, 도커린-코헤신 상호작용에 의해 구축된 효소복합체의 우수한 울반 해중합 효율을 확인할 수 있었습니다. 셀룰로오스 도커린-코헤신 상호작용을 이용한 해조 다당류 탈중합효소 복합체는 효율적으로 작용하여 기능성 올리고당 생산을 위한 생명공학 연구의 발전으로 이어질 것입니다.