遺伝子サーフィン:メタゲノミクスにおける標的型酵素採掘のための効率的で汎用的なツール

科学分野:

• 微生物学
• バイオ情報学
• 酵素学

背景:

• 酵素は生態系の代謝に不可欠ですが 培養されていない微生物は酵素の発見を制限します
• メタゲノミクスは微生物の遺伝資源へのアクセスを提供しますが,精密な酵素識別には課題があります.
• 既存の方法は様々なサンプルタイプと 酵素発見の機能範囲が限られているため困難です

研究 の 目的:

• メタゲノムデータから微生物酵素を効率的かつ正確に識別するための強力なバイオインフォマティクスプラットフォームを開発する.
• 試料の多様性と機能範囲に関する酵素発見の限界を克服する.
• 特定の触媒的な役割を持つ酵素を特定し,機能的に特徴づけるためのプラットフォームの有効性を検証する.

主な方法:

• SnakemakeベースのバイオインフォマティクスワークフローであるGene Surfingの開発.
• データ品質管理 (Fastp),ゲノムアセンブリ (MEGAHIT),アセンブリ評価 (QUAST,MetaQUAST),機能アノテーション (Prokka),およびシーケンスの検索 (MMseqs2) のモジュールの統合
• 特定された酵素候補の実験的測定による機能的検証.

主要な成果:

• 1,311,316の潜在的リンゴセルロース酵素配列を特定し,127が機能的に検証された (84.25%の活性).
• ポリエチレン分解酵素候補705種が発見され,38種のうち31種が発現し,検証された (81.5%の活性).
• 585の潜在的エンドヌクレアース配列を回収し,7つのうち4つが活性を示した (57. 1%の成功率).

結論:

• 遺伝子サーフィンは,メタゲノムデータから微生物の酵素を識別するためのスケーラブルで再現可能で効率的なソリューションを提供します.
• このプラットフォームは,リンゴセルロース分解,ポリエチレン分解,エンドヌクレアース活性を含む多様な機能を持つ酵素を成功裏に特定し,検証しました.
• 遺伝子サーフィンは,培養されていない微生物の酵素資源の探索を,バイオテクノロジーの応用のために大きく前進させています.