Exploration and discovery of enzymes and non-catalytic proteins targeting microbial α-glucans
Doktorsavhandling, 2026
I have explored the two carbohydrate-active enzyme families currently known to contain α‑1,3-glucanase activity: glycoside hydrolase families (GH) 71 and 87. Two GH71 enzymes from the fungus Aspergillus nidulans were studied. Through structural determination coupled with biochemical characterization we elucidated the mechanisms and catalytic amino acids for these enzymes. I also studied a GH87 enzyme from Flavobacterium johnsoniae and discovered that one of its appended domains is a novel carbohydrate-binding module. By binding both mutan and alternan, its presence significantly improves the activity of the enzyme compared to the lone catalytic domain.
I also discovered new sources of mutan- and alternan-degrading enzymes via screening of environmental soil samples to identify microorganisms able to grow on these polymers. Six Streptomyces isolates were chosen for further study, which led to the description of two new species, Streptomyces castrisilvae and Streptomyces glycanivorans. In addition, analysis of the secretome of two of the isolates during growth on mutan and alternan showed that both strains employed several GH87 enzymes, all with different domain architecture, for the degradation of both polysaccharides. Growth on alternan also induced the expression of a gene cluster whose proteins’ concerted actions were shown to facilitate alternan and dextran (α-1,6-glucan) utilization.
Overall, my work contributes to the understanding of carbohydrate-active enzymes and carbohydrate-binding modules targeting microbial α-1,3-glucans.
alpha-glucan
GH87
Carbohydrate-binding module
Glycoside hydrolases
alternan
cazymes
CBM
Proteomics
GH71
mutan
Aspergillus
Fungal cell wall
Dental plaque
carbohydrate-active enzymes
enzymes
alpha-1,3-glucan
Streptomyces
Författare
Tove Widén
Chalmers, Life sciences, Industriell bioteknik
Structural and biochemical basis for activity of Aspergillus nidulans α-1,3-glucanases from glycoside hydrolase family 71
Communications Biology,;Vol. 8(2025)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Streptomyces castrisilvae sp. nov. and Streptomyces glycanivorans sp. nov., novel soil streptomycetes metabolizing mutan and alternan
International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology,;Vol. 74(2024)
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Widén T, McKee L, Koropatkin N, Larsbrink J. Characterization of an α-glucan-binding module from Flavobacterium johnsoniae as a founding member of carbohydrate-binding module family XXX.
Widén T, Forsberg Z, Shimer L, Eijsink V, Koropatkin N, Larsbrink J. Comparative proteomics and enzymatic analyses of soil Streptomyces growing on mutan and alternan reveals a gene cluster involved in alpha-1,6-glucan degradation.
Kolhydrater finns överallt omkring oss. Vissa bidrar till cellers uppbyggnad och struktur, som cellulosa i växter och kitin i insekter. Andra fungerar som energiförvaring, så som stärkelse hos växter och glykogen i djurceller. Det finns en otrolig diversitet av kolhydrater eftersom olika sockerarter kan kopplas ihop på en mängd olika sätt. En typ av kolhydrat som inte är särskilt välstuderad, men likväl viktig, är α-1,3-glukan, en olöslig polysackarid bestående av glukosenheter sammankopplade med α-1,3-bindningar. Denna typ av polysackarid återfinns i svampars cellväggar men även i tandplack där den bidrar till struktur och i vissa fall virulens. För att motverka svampinfektioner och tandplack finns det därför ett intresse i att kunna bryta ned polysackariderna på ett sätt som inte påverkar den drabbade individen negativt. För detta syfte skulle enzymer kunna användas, men kunskapen om α-1,3-glukanaser är bristfällig vilket förhindrar effektiv användning av dem. I denna avhandling utforskar jag funktionen av α-1,3-glukanaser och proteiner som kan binda till α-1,3-glukan. Min forskning bidrar med ny mekanistisk kunskap om hur sådana enzymer och proteiner fungerar samt hur mikroorganismer kan bryta ned α-1,3-glukaner.
Ämneskategorier (SSIF 2025)
Molekylärbiologi
Mikrobiologi
Biokatalys och enzymteknik
DOI
10.63959/chalmers.dt/5816
ISBN
978-91-8103-359-5
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5816
Utgivare
Chalmers
FB
Opponent: Prof. Gustav Vaaje-Kolstad, Faculty of Chemistry, Biotechnology and Food Science, Norweigan University of Life Sciences, Norway