Recombinant production and characterization of a novel N-glycosidase (EndoBI-2) from Bifidobacterium longum subsp. infantis 157F

Abstract

Gastrointestinal (GI) sistem, sağlığın korunmasına ve hastalıkların ilerlemesine önemli ölçüde katkıda bulunan çeşitli mikroorganizmaları barındırır. GI sisteminde yaşayan mikroorganizmaların hayatta kalması, temel olarak konakçı organizma tarafından sindirilemeyen karmaşık karbonhidratları (oligosakkaritler) kullanma yeteneklerine bağlıdır. İnsan sütü, yeni doğmuş bir bebek için birincil beslenme kaynağıdır ve içeriğinde laktoferrin, immünoglobülinler vb. önemli biyoaktif proteinlerin büyük çoğunluğu, glikozile formda bulunmaktadır. Bu proteinlere bağlı formda bulunan biyoaktif glikanlar bebekler tarafından sindirilemez ve yalnızca belirli bağırsak mikroflorasında yaşayan yararlı mikroorganizmalar, sahip oldukları enzimler sayesinde, glikozile proteinlerden bu yapıları ayırarak bu bileşikleri tek karbon kaynağı olarak kullanmaktadır. Bu sayede bağırsak mikroflorasının sağlıklı bir şekilde oluşumu sağlanmaktadır. Glikosidazlar, glikoproteinlerden N-glikan salınımı için kullanılan enzim türüdür. Ticari olarak temin edilebilen glikosidazlar, bu glikanları proteinlerden doğal hallerinde ayırmada yetersizdir. Bu eksikliğin üstesinden gelmek için, N-glikanların biyolojik rollerini ve bunların büyük ölçekli üretimini daha iyi anlamak için daha etkili deglikozilasyon yaklaşımları gereklidir. Bu çalışma kapsamında, N-glikanların benzersiz özelliklerini anlamak için Bifidobacterium longum subsp. infantis kaynaklı yeni ve özgün endo-ß-N-asetilglukozaminidaz 2 (EndoBI-2) rekombinant olarak üretilmiş ve karakterize edilmiştir. EndoBI-2'nin yapısal özelliklerini ve substrat seçiciliğini araştırmak için karşılaştırmalı modelleme yaklaşımları kullanılmıştır. Ayrıca, EndoBI-2'nin optimum reaksiyon/kinetik parametreleri glikoproteinler kullanılarak araştırılmış ve salınan biyoaktif glikanlar MALDI-(TOF)/TOF-MS aracılığıyla karakterize edilmiştir. Elde edilen veriler ile EndoBI-2'nin kinetik ve yapısal karakterizasyon parametreleri, bu yeni enzimin, glikoprotein kaynaklarından biyoaktif glikanların büyük ölçekli salınımını kolaylaştırabilen önemli bir enzim olduğunu göstermektedir. Bu yeni enzimin ve salınan biyoaktif glikanların gıda endüstrisinde başarılı bir şekilde uygulanması, fonksiyonel gıdaların geliştirilmesini sağlayacaktır.

The gastrointestinal (GI) tract harbors several microorganisms, which significantly support both the advancement off diseases and the maintenance of health. The survival of microorganisms that live in the GI tract is mainly dependent on their ability to utilize complex oligosaccharides that are not digestible by the host organism. Human milk is the primary nutrition for a newborn. Glycosylated milk components including lactoferrin, immunoglobulins, etc., are unsuitable for infant consumption, and certain gut microbes have the enzymes to liberate glycans from glycoproteins and utilize these molecules as the only carbon source. The enzyme class known as glycosidases is utilized to liberate N-glycan from glycoproteins. Commercially available glycosidases are inefficient at cleaving these glycans from proteins in their native state. So, efficient deglycosylation approaches are required to comprehend the biological functions of N-glycans and their widespread production. Within this study, to comprehend the special characteristics of N-glycans, the novel endo-ß-N-acetylglucosaminidase 2 (EndoBI-2) was isolated from Bifidobacterium longum subsp. infantis was recombinantly produced and characterized. Comparative modeling methods were employed to investigate the enzyme structural characteristics and substrate selectivity. Furthermore, the optimum reaction/kinetic parameters of EndoBI-2 were investigated using glycoproteins, and released bioactive glycans were characterized with MALDI-(TOF)/TOF-MS. The research outcomes from characterization analysis of EndoBI-2 point to its potential to enhance the widespread release of bioactive glycans from glycoprotein source. It will be possible to develop functional foods for health and wellness if this unique enzyme and its released bioactive glycans are successfully applied in the food sector.