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串联GGDEF-EAL结构域蛋白多效性调节参与细菌纤维素生物合成的环二鸟苷酸代谢。

Tandem GGDEF-EAL Domain Proteins Pleiotropically Modulate c-di-GMP Metabolism Enrolled in Bacterial Cellulose Biosynthesis.

作者信息

Zhang Tianzhen, Zhang Shiqi, Wang Yan, Peng Zhaojun, Xin Bo, Zhong Cheng

机构信息

Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology (Ministry of Education), Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300457, People's Republic of China.

Haihe Laboratory of Synthetic Biology, Tianjin 300051, People's Republic of China.

出版信息

J Agric Food Chem. 2025 Jan 22;73(3):1982-1993. doi: 10.1021/acs.jafc.4c07301. Epub 2025 Jan 10.

DOI:10.1021/acs.jafc.4c07301
PMID:39794331
Abstract

Cyclic diguanosine monophosphate (c-di-GMP) is a crucial secondary messenger that regulates bacterial cellulose (BC) synthesis. It is synthesized by diguanylate cyclase (DGC) containing a Gly-Gly-Asp/Glu-Glu-Phe (GGDEF) domain and degraded by phosphodiesterase (PDE) with a Glu-Ala-Leu (EAL) domain. In this work, a systematic analysis of ten GGDEF-EAL tandem domain proteins from CGMCC 2955 assessed their c-di-GMP metabolic functions and effects on BC titer and structure. Of these, five proteins exhibited DGC activity, and five exhibited PDE activity in vitro. GE03 was identified as a bifunctional protein. Most mutant strains deficient in GGDEF-EAL protein showed changes in BC metabolism, motility, and c-di-GMP levels. The combined knockout of identified PDE proteins increased the BC titer by 48.1% compared to the wild type. Overall, our findings advance our understanding of c-di-GMP signaling and its role in BC synthesis, introducing novel concepts and effective strategies for enhancing industrial BC production.

摘要

环二鸟苷单磷酸(c-di-GMP)是一种关键的第二信使,可调节细菌纤维素(BC)的合成。它由含有甘氨酸-甘氨酸-天冬氨酸/谷氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸(GGDEF)结构域的二鸟苷酸环化酶(DGC)合成,并由具有谷氨酸-丙氨酸-亮氨酸(EAL)结构域的磷酸二酯酶(PDE)降解。在这项工作中,对来自中国普通微生物菌种保藏管理中心2955的十种GGDEF-EAL串联结构域蛋白进行了系统分析,评估了它们的c-di-GMP代谢功能以及对BC滴度和结构的影响。其中,五种蛋白在体外表现出DGC活性,五种表现出PDE活性。GE03被鉴定为一种双功能蛋白。大多数缺乏GGDEF-EAL蛋白的突变菌株在BC代谢、运动性和c-di-GMP水平上表现出变化。与野生型相比,已鉴定的PDE蛋白的联合敲除使BC滴度提高了48.1%。总体而言,我们的研究结果加深了我们对c-di-GMP信号传导及其在BC合成中的作用的理解,为提高工业BC产量引入了新的概念和有效策略。

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