Engineering of β-Glucosidase Bgl15 with Simultaneously Enhanced Glucose Tolerance and Thermostability To Improve Its Performance in High-Solid Cellulose Hydrolysis

热稳定性 化学 水解 纤维素 纤维素酶 突变体 蔗渣 生物化学 毕赤酵母 生物技术 重组DNA 生物 基因
作者
Liping Cao,Ran Chen,Xin Huang,Shuifeng Li,Sufang Zhang,Xiangpeng Yang,Zongmin Qin,Wei Kong,Wei Xie,Yuhuan Liu
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:68 (19): 5391-5401 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.0c01817
摘要

In this study, a Petri-dish-based double-layer high-throughput screening method was established to improve glucose tolerance of β-glucosidase Bgl15. Two beneficial mutations were identified, and the joint mutant 2R1 improved the half-maximal inhibitory concentration of glucose from 0.04 to 2.1 M. The crystal structure of 2R1 was subsequently determined at 2.7 Å. Structure analysis revealed that enhancement of glucose tolerance may be due to improved transglycosylation activity made possible by a hydrophobic binding site for glucose as an acceptor and more stringent control of a putative water channel. To further ameliorate the application potential of the enzyme, it was engineered to increase the half-life at 50 °C from 0.8 h (Bgl15) to 180 h (mutant 5R1). Furthermore, supplementation of 5R1 to the cellulase cocktail significantly improved glucose production from pretreated sugar cane bagasse by 38%. Consequently, this study provided an efficient approach to enhance glucose tolerance and generated a promising catalyst for cellulose saccharification.
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