Analyse combinée de la paroi cellulaire entière et recherche simplifiée in silico d’enzymes agissant sur les glucides pour améliorer la conversion biocatalytique des résidus de cultures agricoles
Citation
Tingley, J.P., Low, K.E., Xing, X., Abbott, D.W. (2021). Combined whole cell wall analysis and streamlined in silico carbohydrate-active enzyme discovery to improve biocatalytic conversion of agricultural crop residues, 14(1), http://dx.doi.org/10.1186/s13068-020-01869-8
Résumé en langage clair
Pour digérer les fibres alimentaires, les animaux dépendent de leur microbiome intestinal, une communauté de microorganismes vivant dans le tractus gastro-intestinal. Les glucides complexes influent sur la structure, la fonction et la diversité du microbiome intestinal, qui ont d’autres répercussions sur la santé humaine. Les progrès réalisés dans les méthodes de séquençage à haut débit nous ont aidés à déterminer quels microorganismes se trouvent dans le microbiome intestinal. Cependant, les efforts visant à déterminer comment se fait la digestion des glucides n’en sont qu’à leurs débuts. Dans le présent article, nous passons en revue les méthodes actuelles qui nous permettent d’étudier les voies de digestion des glucides, notamment : la détermination de la structure des glucides alimentaires; la caractérisation du rôle du microbiome intestinal dans la digestion à l’aide du séquençage de nouvelle génération et l’amélioration de notre capacité à prédire la fonction enzymatique; ainsi que la mise en œuvre d’approches avancées permettant de déterminer comment les cellules bactériennes réagissent et interagissent au sein d’une communauté. Ensemble, ces approches continueront de faire progresser nos connaissances sur la façon dont l’alimentation peut être utilisée pour façonner la structure, la fonction et la diversité du microbiome intestinal.
Résumé
© 2021, Les auteurs.La production de biocarburants comme source efficace d’énergie renouvelable a suscité beaucoup d’intérêt en raison de la demande croissante d’énergie et des incitatifs réglementaires visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Les matières premières des biocarburants de deuxième génération, y compris les résidus de culture produits à la ferme durant les récoltes annuelles, sont abondantes, peu coûteuses et durables. Contrairement aux matières premières de première génération, qui sont enrichies en glucides facilement fermentescibles, la paroi cellulaire des résidus de culture est très résistante à la saccharification, à la fermentation et à la valorisation. Les résidus de culture contiennent des polysaccharides récalcitrants, notamment de la cellulose, des hémicelluloses, des pectines, des lignines et des complexes lignine-glucides. De plus, la structure des liaisons et la composition en monosaccharides de la paroi cellulaire peut varier d’une source végétale à l’autre. La caractérisation de la structure de la paroi cellulaire totale, y compris l’analyse à haute résolution de la composition en saccharides, des liaisons et des structures complexes à l’aide de méthodes fondées sur la chromatographie, la résonance magnétique nucléaire, l’analyse omique et le profilage du glycome de la réponse anticorps, fournit de l’information essentielle sur la chimie fine de la paroi cellulaire des matières premières. De plus, l’amélioration du potentiel catalytique des communautés microbiennes qui peuplent les réacteurs biodigesteurs et de l’efficacité des prétraitements utilisés dans la production de bioéthanol pourrait améliorer les taux de bioconversion et les rendements. À cette fin, il est essentiel de connaître et de caractériser les enzymes qui agissent sur les glucides (CAZymes) intervenant dans la déconstruction dynamique de la biomasse. Nous présentons ici un aperçu de l’utilisation des méthodes courantes fondées sur l’analyse omique pour l’étude des communautés et des microorganismes métabolisant la lignocellulose, ainsi qu’un aperçu des méthodes d’annotation et de découverte des CAZymes, et des méthodes de prédiction exactes de la fonction des CAZymes. Nous discutons également des approches émergentes pour l’analyse de grands ensembles de données, y compris des génomes assemblés par métagénome. L’utilisation de méthodes glycomiques et méta-omiques complémentaires pour caractériser les résidus agricoles et les communautés microbiennes qui les digèrent offre des pistes de recherche prometteuses pour maximiser la valeur des flux de déchets de culture et maximiser l’extraction d’énergie à partir de ces flux.