Name: genplat: an automated platform for biomass enzyme discovery and cocktail optimization
Uploaded: 2011-10-24T13:00:00
Duration: 11 min 38 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about GENPLAT: an Automated Platform for Biomass Enzyme Discovery and Cocktail Optimization at JoVE.com

Bu çalışma, ABD Enerji Departmanı, Temel Enerji Bilimler, Bölüm Dairesi, ABD Enerji Great Lakes Biyoenerji Araştırma Merkezi Departmanı (DOE Bilim BER Office DE-FC02-07ER64494) ve hibe DE-FG02-91ER200021 tarafından finanse edildi Kimyasal Bilimler, Yer Bilimleri ve Biosciences. John Scott-Craig ve Melissa Borrusch Biz onların maddi ve kavramsal katkıları için teşekkür ederim.

1. Enzim Üretimi <ol><li> PPICZ veya pPICZα vektörler ilgili genlerin klonlanması ve P. dönüşüm Pichia pastoris proteinlerin üretin pastoris. Metanol indüksiyonu ile şaşkına 500 ml&#39;lik şişeler içinde 300 ml gruplar halinde hücrelerin büyümesine, her 24 saat (Banerjee ve ark, 2010a). </li><li> Konsantre ve teğetsel akış filtrasyon ile kültür filtratlar desalt. </li><li> -80% 20 gliserol küçük alikotları enzimler Mağaza ° C Mg / ml konsantrasyon aralığında 1-10. </li></ol> 2. Deney Tasarımı <ol><li> Giriş test enzimlerin sayısı, üst ve daha düşük oranlarda (çekirdek enzimler için% 5 daha düşük bir oranda) ve deneysel tasarım Tasarım Expertsoftware içine türü (örneğin, kuadratik veya kübik). </li><li> 15 mg / g glukan toplam yükleme yapmak eklenecek her enzim mikrogram miktarını hesaplayın ve sonra eklemek için ul her bir enzimin miktarını hesaplamakHer reaksiyon. </li><li> Excel çalışma sayfaları, deneysel tasarım ve Biomek FXP yazılım aktarmak dosya transferi işlevini kullanarak göre su ve enzimler dağıtımı için kaynak Laboratuvar, kaynak kuyuları, hedef Laboratuvar, hedef kuyuları, ve transfer birimleri belirterek oluşturun. </li></ol> 3. Enzimatik Hidroliz <ol><li> Raketi rezervuar, 5 mg / ml tetrasiklin ve 5 mg / ml Siklohekzimidsiz içeren 50 mM sodyum sitrat, pH 4.8 biyokütle bulamaç askıya alınması. </li><li> 96-kuyu derin kuyu reaksiyon plakaların her kuyuya bulamaç robot pipetlemeyin 200 ul Açıklığı-8 kesilmiş son 0.5 cm ile 1000-ul pipetlemeyin ipuçları. 100 ul / sn bulamaç kez karıştırın ve daha sonra aynı kürek rezervuar hacmi aspirat ve tabak içine dağıtmak. </li><li> Beckman FX girilen programını kullanarak aynı plaka enzimler koyun. </li><li> Delinebilen capmats plakaları. </li><li> Ters çevirin ve dokununplakaların yüzey gerilimi aşmak için birkaç kez. 50 ° C&#39;de 48 saat süreyle 10 rpm&#39;de melezleşme inkübatör dönen plakalar yerleştirin. </li></ol> 4. GLC ve Xyl Belirlenmesi <ol><li> Sallanan bir kova santrifüj 1250 xg az 3 dakika için reaksiyon plakaları santrifüjleyin. </li><li> 100 ul süpernatantı Biomek FX AP96 bölmesini kullanarak düzenli 96-kuyucuğu içine aktarın. </li><li> 90-95 az plakalar ° C&#39;de enzimleri inaktive ve daha sonra 30 sn için 1250 xg&#39;de santrifüj için 10 dk. </li><li> GLC ölçümleri için, düzenli olarak 96-kuyucuğu süpernatantlar 12 ul aktarın. Glukoz oksidaz / peroksidaz (GOPOD) reaktif 192 ul ekleyin. Plakalar için 50 ° C&#39;de 20 dakika inkübe edin ve bir mikroplak okuyucu 510 nm de absorbans okunur. Boş hiçbir enzim ile reaksiyona karışımıdır. </li><li> Xyl ölçümleri için, 384-kuyucuğu 4 ul transfer. Tahlil reaktifler ve 340 nm&#39;de plakaları okuyun. Boşhiçbir enzim reaksiyon karışımı. </li></ol> 5. Veri Analizi <ol><li> Absorbans değerleri bilinen GLC ve orijinal biyokütle Xyl içeriği temel alarak% GLC ve Xyl verim dönüştürün. Tasarım Uzman yazılımı tepkiler olarak bu yüzdeler içe aktarın. Istatistiksel paramenters sağlam bir model için kriterleri yerine getirmiş olduğundan emin olmak için kontrol edin. </li><li> Deneysel olarak en iyi modeli tahmin onaylayın. </li></ol> 6. GENPLAT Temsilcisi Sonuçlar: (1) bireysel saf proteinlerin optimize edilmiş bir karışım oluşturulması. Sonuçları enzimler önemli olduğu ve hangi oranlarda, hangi enzimlerin önemli değildir . T. bol Bazı proteinler Cip1 ve Cip2 reesei secretome (Nagendran ve ark, 2009), amonyak fiber genişleme (AFEX) ya da alkalin HYD tarafından tedavi öncesi mısır koçanı GLC sürümde hiçbir rol oynadığı görülmektedir<html> oksidatif stresin (AHP) (Banerjee ve ark, 2010b). Öte yandan, bazı proteinler beklenmedik önemlidir. Örneğin, 10 ve 11 glikozil hidrolaz aileleri endo-xylanases GLC serbest bırakılması için iki önemli olan bir xylanase diğer (. Banerjee ve ark, 2010b, c) yerini alamaz. T., küçük bir protein Cel61A reesei secretome GLC için çok önemli ama serbest Xyl değil. Bazı enzimler ise diğerleri sadece birini ya da diğerini (Banerjee ve ark. 2010C) için gerekli, hem de GLC ve Xyl serbest bırakılması için önemlidir. 16 bileşenler, her bir konsantrasyon 0.94 mg / ml (yani, olmayan bir optimize karışımı) içeren bir sentetik karışım, AFEX önceden tedavi DDG kullanılabilir GLC% 38&#39;i piyasaya sürdü. , Aynı hidroliz koşullar altında, optimum bir karışım, 16 bileşenlerin konsantrasyonları,% 0 ile%% 32 arasında değişmektedir (Şekil 2)% 52 GLC yayınladı. Bu deney tanımlanan karışımları inşa yararını göstermektedir. _content &quot;farklı tedavi öncesi / substrat kombinasyonları için en uygun kokteyller&gt; (2) Yaratılış Mevcut ticari selülaz hazırlıkları&quot; tek tip uyan tüm &quot;Gerçekte, en iyi kokteyl substrat ve tedavi öncesi hem de bağlıdır. tek bir ürün Accellerase 1000, farklı yüzeyler, aynı şekilde ön işlem ve farklı ön işlemleri (Şekil 1) maruz aynı substrat farklı verim verir gibi birden fazla ön işlemleri ve mutiple hammadde (Banerjee ve saf enzimlerin karışımlar optimize etmek için GENPLAT kullanmış ve arkadaşları, 2010C). Şekil 2 16 saf enzimlerin optimal enzim oranlarda ön tedavi-AFEX mısır koçanı, AHP-tedavi öncesi mısır koçanı ve AFEX ön tedavi DDG için nasıl farklı olduğunu gösterir. Sadece 11 enzimler Şekil 2 çünkü optimal diğer beş (Cel61B AbfB, Cip1, Cip2 ve Cel12A) oranları% 0 olarak bulundu (Banerjee ve ark. 2010C). (3) Roman enzim keşif </strong&gt;. Saf proteinlerin optimize edilmiş karışımlar inşaatı devam eden bir süreçtir. Yeni proteinler saf formu (ticari kaynaklardan, heterolog ifadeye göre, ya da arıtma) kullanılabilir hale geldikçe, onlar sistematik olarak optimize set ekleyerek test edilebilir. GLC veya Xyl katkıda Roman proteinlerin optimize edilmiş yeni bir set parçası haline bırakın. Bu şekilde, GENPLAT biyokütle Yapısızlaştırmanın için yeni enzimlerin belirlenmesi için bir platform haline geldi. Biz diğer mantarlar T. daha özleri yaptık reesei ve A. Nijer farklı yüzeyler üzerinde büyüdü. Temel eklendiğinde belirli bir özü GLC verimi artırdı. Sorumlu proteinin saflaştırılmış ve bir roman glikozil hidrolaz (Banerjee ve Walton, yayınlanmamış sonuçlar), herhangi bir ticari enzim hazırlık mevcut değil olduğu gösterilmiştir. Daha iyi enzimler (4) Discovery. Bir bozulma enzimlerin en önemli GENPLAT ile gösterilir.Özellikle biyokütle, enzimler iyileştirilmesi için odak noktası olması gereken daha iyi bir anlayış var. Kritik enzimler daha iyi örnekler doğada arayarak ya da protein mühendisliği tarafından yapılmış olabilir. (Bir enzim istenilen özelliğine bağlı olarak çeşitli şekillerde T. reesei homolog, daha &quot;iyi&quot; olabilir, örneğin, yüksek spesifik aktivite, daha fazla sinerji, proteolitik hassasiyet, veya gelişmiş termal stabilite azalma). Saf selüloz veya diğer yapay substratlar sonuçlar doğal lignocellulosic ile ilgili olmayabilir, çünkü gerçekçi karmaşık bir kokteyl (biyokütle enzim izolasyon çalıştığı için önemli) ve önemli gerçekçi bir substrat (kullanır, çünkü GENPLAT, potansiyel olarak daha iyi enzimler assaying için anlamlı bir platform sağlar malzemeler). (5) Ticari enzim optimizasyonu. Yeterince büyük miktarlarda saf enzimlerin henüz gerçek dünyada yok. Yapıncaya kadar, etanol producers gibi Accellerase 1000 ve MultifectXylanase gibi ticari ürünler güvenmek gerekir. Ancak, ticari enzimler karışımları genellikle herhangi bir birey daha iyi performans ve GENPLAT birden fazla ticari enzimlerin optimize kokteyller tasarım için kullanılabilir. Şekil 3, dört ticari enzim preparatları bir karışımı optimize etmek için GENPLAT kullanımı gösterir. AFEX ön tedavi DDG GLC serbest bırakılması için en uygun oranlarda,% 47 Accellerase1000,% 27,% 22 Multifect Pektinaz Novozyme 188 ve% 4 Multifect xylanase (Banerjee ve ark. 2010C) olarak bulunmuştur. Şekil 3B dört enzim preparatları ile AFEX-DDG GLC verim arasındaki farklılıklar gösterir; optimize edilmiş ticari karışımı yüksek GLC verim verir, tek başına Accellerase1000 daha SpezymeCP tek başına veya bir 16-bileşenli sentetik karışım. Bu deney aynı zamanda 16-bileşenli sentetik karışımı için gerekli ticari enzimlerin bir veya daha fazla mevcut en iyi GLC açıklaması, bir veya daha fazla enzimler eksik olduğunu gösterir. GENPLAT bize.ed gibi bileşenler tespit etmek. <img src="/files/ftp_upload/3314/3314fig1.jpg" alt="Şekil 1"/> Şekil 1: Tek başına hiç bir ticari enzim hazırlık tüm yüzeyleri ve tüm ön işlemleri için en uygunudur. Beş yüzeyleri ve taşlama (0.5 mm parçacık boyutu) benzer koşullar altında üç ön işlemleri karşılaştırıldığında, enzim yükleme (15 mg / g glukan) ve hidroliz koşulları (48 saat, 50 ° C) farklı AFEX ön işlem substratlar A. Sindirim Accellerase 1000 ile mısır koçanı B. Sindirim Accellerase 1000 ile üç farklı yöntem (Banerjee ve ark. 2010C) ile ön işlem. <img src="/files/ftp_upload/3314/3314fig2.jpg" alt="Şekil 2"/> Şekil 2 AFEX-tedavi öncesi mısır koçanı (AFEX CS), alkalin hidrojen peroksit tedavi öncesi mısır koçanı (AHS-CS), ya da kurutulmuş AFEX ön tedavi GLC serbest bırakılması için 11 enzimlerin optimal oranlarda damıtmakers &#39;tahıl (AFEX DDG). Veriler Banerjee ve ark.. (2010C). Çubukların üstündeki sayıları, toplam GLC biyokütle örnek bir yüzdesi olarak GLC verim. <img src="/files/ftp_upload/3314/3314fig3.jpg" alt="Şekil 3"/> Şekil 3. A. AFEX-ön tedavi DDG GLC serbest bırakılması için dört ticari enzim preparatları optimize edilmiş bir karışımı üretmek için GENPLAT kullanın. Multifect xylanase en küçük katkısı (% 4) ve bu nedenle bu üçlü diyagram atlandı. Özdeş hidroliz (15 mg / g glukan enzim, 48 saat, 50 ° C) koşulları altında farklı enzim tedaviler ile B. AFEX-DDG GLC verimleri . &quot;Dört bileşenli ticari&quot; Şekil deney belirlenen oranlara sahiptir. 3A.

<ol>
	<li>Anderson, M. J., Whitcomb, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> DOE Simplified: Practical Tools for Effective Experimentation. , (2007).</li><li>Banerjee, G., Car, S., Scott-Craig, J. S., Borrusch, M. S., Aslam, N., Walton, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+enzyme+mixtures+for+biomass+deconstruction:+production+and+optimization+of+a+core+set.">Synthetic enzyme mixtures for biomass deconstruction: production and optimization of a core set.</a> Biotechnol. Bioengineer. 106, 707-720 (2010).</li><li>Banerjee, G., Car, S., Scott-Craig, J. S., Borrusch, M. S., Bongers, M., Walton, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+multi-component+enzyme+mixtures+for+deconstruction+of+lignocellulosic+biomass.">Synthetic multi-component enzyme mixtures for deconstruction of lignocellulosic biomass.</a> Bioresour. Technol. 101, 9097-9105 (2010).</li><li>Banerjee, G., Car, S., Scott-Craig, J. S., Borrusch, M. S., Walton, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+optimization+of+enzyme+mixtures+for+deconstruction+of+diverse+pretreatment/biomass+feedstock+combinations.">Rapid optimization of enzyme mixtures for deconstruction of diverse pretreatment/biomass feedstock combinations.</a> Biotechnol. Biofuels. 3, 22-22 (2010).</li><li>Berlin, A., Maximenko, V., Gilkes, N., Saddler, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+enzyme+complexes+for+lignocellulose+hydrolysis.">Optimization of enzyme complexes for lignocellulose hydrolysis.</a> Biotechnol. Bioeng. 97, 287-296 (2007).</li><li>Decker, S. R., Brunecky, R., Tucker, M. P., Himmel, M. E., Selig, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+throughput+screening+techniques+for+biomass+conversion.">High throughput screening techniques for biomass conversion.</a> Bioenerg. Res. 2, 179-192 (2009).</li><li>Gao, D., Chundawat, S. P., Krishnan, C., Balan, V., Dale, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mixture+optimization+of+six+core+glycosyl+hydrolases+for+maximizing+saccharification+of+ammonia+fiber+expansion+(AFEX)+pretreated+corn+stover.">Mixture optimization of six core glycosyl hydrolases for maximizing saccharification of ammonia fiber expansion (AFEX) pretreated corn stover.</a> Bioresour. Technol. 101, 2770-2781 (2010).</li><li>Harris, P. V., Welner, D., McFarland, K. C., Re, E., Poulsen, J. C. N., Brown, K., Salbo, R., Ding, H., Vlasenko, E., Merino, S., Xu, F., Cherry, J., Larsen, S. Y., LoLeggio, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulation+of+lignocellulosic+biomass+hydrolysis+by+proteins+of+glycoside+hydrolase+family+61:+Structure+and+function+of+a+large,+enigmatic+family.">Stimulation of lignocellulosic biomass hydrolysis by proteins of glycoside hydrolase family 61: Structure and function of a large, enigmatic family.</a> Biochemistry. 49, 3305-3316 (2010).</li><li>Kim, E., Irwin, D. C., Walker, L. P., Wilson, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factorial+optimization+of+a+six-cellulase+mixture.">Factorial optimization of a six-cellulase mixture.</a> Biotechnol. Bioeng. 58, 494-501 (1998).</li><li>King, B. C., Donnelly, M. K., Bergstrom, G. C., Walker, L. P., Gibson, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+optimized+microplate+assay+system+for+quantitative+evaluation+of+plant+cell+wall-degrading+enzyme+activity+of+fungal+culture+extracts.">An optimized microplate assay system for quantitative evaluation of plant cell wall-degrading enzyme activity of fungal culture extracts.</a> Biotechnol. Bioeng. 102, 1033-1044 (2009).</li><li>Nagendran, S., Hallen-Adams, H. E., Paper, J. M., Aslam, N., Walton, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+genomic+potential+for+secreted+plant+cell-wall-degrading+enzymes+in+the+ectomycorrhizal+fungus+Amanita+bisporigera,+based+on+the+secretome+of+Trichoderma+reesei.">Reduced genomic potential for secreted plant cell-wall-degrading enzymes in the ectomycorrhizal fungus Amanita bisporigera, based on the secretome of Trichoderma reesei.</a> Fung. Genet. Biol. 46, 427-435 (2009).</li><li>Rosgaard, L., Pedersen, S., Langston, J., Akerhielm, D., Cherry, J. R., Meyer, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+minimal+Trichoderma+reesei+cellulase+mixtures+on+differently+pretreated+barley+straw+substrates.">Evaluation of minimal Trichoderma reesei cellulase mixtures on differently pretreated barley straw substrates.</a> Biotechnol. Prog. 23, 1270-1276 (2007).</li></ol>

Çıkar çatışması ilan etti.

Bu yaygın enzimlerin maliyetini azaltarak ekonomik bir lignocellulosic etanol endüstrisinin gelişimi için önemli olduğu kabul edilmektedir. Şu anda mevcut ticari enzim kokteyller birçok proteinleri (Nagendran ve ark, 2009) karmaşık ve kötü tanımlanmış karışımları ve özellikle asit-tedavi öncesi mısır koçanı kullanmak için uyarlanmıştır. Daha iyi enzim kokteyller gelişimini hızlandırmak için, bazı laboratuvarlar enzim keşif ve karakterizasyonu için yüksek verimli platformlar geliştirdik. Decker et robot, enzimler ve biyokütle çamurlar dağıtım, istatistiksel deney tasarımı ve / veya otomatik olarak belirlenmesi GLC ve Xyl (Berlin ve ark, 2007: Bu alandaki çabalar da GENPLAT bulunan aşağıdaki özelliklerden bir veya daha fazla dahil diğerleri, 2009; Kim ve ark, 1998; King ve ark, 2009). GENPLAT en az 6 bileşenleri analiz edilebilir enzim karışımlarının karmaşıklığı en önemlisi, bu daha önceki çabaları uzanıren son çalışma fazla 16 daha önceki çalışmalarda (Banerjee ve ark. 2010C). Üzerinde uç uç dönme sindirim sırasında nazik karıştırma; ve Glu ve Xyl otomatik kolorimetrik tespiti GENPLAT Ek temel özellikleri, dağıtım sırasında askıya koçanı çamurlar tutabilir boncuk karıştırma haznesinin kullanımı (kürek rezervuar).

Kullanılan araç ve gereçler ve yazılım: <ol><li> Tasarım Uzman yazılım, Sürüm 8.0 (Stat-kolaylığı, Inc, Minneapolis, MN) ( <a href="http://www.statease.com">http://www.statease.com</a> ) </li><li> Biomek FXP laboratuvar otomasyon iş istasyonu (Beckman Coulter, Fullerton, CA) </li><li> Biomek FXP yazılımı, Sürüm 3.3 (Beckman Coulter, Fullerton, CA) </li><li> Paddle rezervuar (Model VP 756C-1P100, V &amp; P Scientific Inc, San Diego) </li><li> Tabaklar, 96-derin (1,5 ml) (Abgene, Fisher Scientific, Epson, Birleşik Krallık) </li><li> Delinebilen capmats (ABD Bilimsel, Ocala, FL) </li><li> Döner melezleşme inkübatör (Model 5420, VWR) </li><li> Sallanır kovası santrifüj (Model 5810R, Eppendorf, Hamburg, Almanya) </li><li> Tabaklar, Costar 96 (Abgene, Fisher Scientific, Epson, İngiltere) </li><li> Tabaklar, 384-(BD Falcon, BD Biosciences, San Jose, CA) </li></ol> Reaktifler kullanılır: <ol><li> Pichia pastoris ve vektörler: suşu X33 ve pPICZ ve pPICZα (Invitrogen, Carlsbad, CA) </li><li> T. reesei ve vektörleri: suşu QM9414 (ABD Dışişleri Bakanlığı Tarımsal Kullanımı Ulusal Tarım Araştırma Merkezi, Peoria, IL) ve pCB1004-EV (Banerjee ve ark, 2010b) </li><li> Accellerase 1000 (lot numarası 1600844643) (Genencor, Inc, Rochester, NY) </li><li> 50 mM sodyum sitrat tamponu, pH 4.8 </li><li> Tetrasiklin stok: 10 mg / ml </li><li> Cycloheximide stok: 10 mg / ml </li><li> GOPOD testi kiti, katalog K-GLUC (Megazyme, Bray, İrlanda) </li><li> Ksiloz testi kiti, katalog K-ksiloz (Megazyme, Bray, İrlanda) </li></ol>

genplat: an automated platform for biomass enzyme discovery and cocktail optimization

The high cost of enzymes for biomass deconstruction is a major impediment to the economic conversion of lignocellulosic feedstocks to liquid transportation fuels such as ethanol. We have developed an integrated high throughput platform, called GENPLAT, for the discovery and development of novel enzymes and enzyme cocktails for the release of sugars from diverse pretreatment/biomass combinations. GENPLAT comprises four elements: individual pure enzymes, statistical design of experiments, robotic pipeting of biomass slurries and enzymes, and automated colorimeteric determination of released Glc and Xyl. Individual enzymes are produced by expression in Pichia pastoris or Trichoderma reesei, or by chromatographic purification from commercial cocktails or from extracts of novel microorganisms. Simplex lattice (fractional factorial) mixture models are designed using commercial Design of Experiment statistical software. Enzyme mixtures of high complexity are constructed using robotic pipeting into a 96-well format. The measurement of released Glc and Xyl is automated using enzyme-linked colorimetric assays. Optimized enzyme mixtures containing as many as 16 components have been tested on a variety of feedstock and pretreatment combinations.
GENPLAT is adaptable to mixtures of pure enzymes, mixtures of commercial products (e.g., Accellerase 1000 and Novozyme 188), extracts of novel microbes, or combinations thereof. To make and test mixtures of &tilde;10 pure enzymes requires less than 100 &mu;g of each protein and fewer than 100 total reactions, when operated at a final total loading of 15 mg protein/g glucan. We use enzymes from several sources. Enzymes can be purified from natural sources such as fungal cultures (e.g., Aspergillus niger, Cochliobolus carbonum, and Galerina marginata), or they can be made by expression of the encoding genes (obtained from the increasing number of microbial genome sequences) in hosts such as E. coli, Pichia pastoris, or a filamentous fungus such as T. reesei. Proteins can also be purified from commercial enzyme cocktails (e.g., Multifect Xylanase, Novozyme 188). An increasing number of pure enzymes, including glycosyl hydrolases, cell wall-active esterases, proteases, and lyases, are available from commercial sources, e.g., Megazyme, Inc. (www.megazyme.com), NZYTech (www.nzytech.com), and PROZOMIX (www.prozomix.com).
Design-Expert software (Stat-Ease, Inc.) is used to create simplex-lattice designs and to analyze responses (in this case, Glc and Xyl release). Mixtures contain 4-20 components, which can vary in proportion between 0 and 100%. Assay points typically include the extreme vertices with a sufficient number of intervening points to generate a valid model. In the terminology of experimental design, most of our studies are "mixture" experiments, meaning that the sum of all components adds to a total fixed protein loading (expressed as mg/g glucan). The number of mixtures in the simplex-lattice depends on both the number of components in the mixture and the degree of polynomial (quadratic or cubic). For example, a 6-component experiment will entail 63 separate reactions with an augmented special cubic model, which can detect three-way interactions, whereas only 23 individual reactions are necessary with an augmented quadratic model. For mixtures containing more than eight components, a quadratic experimental design is more practical, and in our experience such models are usually statistically valid.
All enzyme loadings are expressed as a percentage of the final total loading (which for our experiments is typically 15 mg protein/g glucan). For "core" enzymes, the lower percentage limit is set to 5%. This limit was derived from our experience in which yields of Glc and/or Xyl were very low if any core enzyme was present at 0%. Poor models result from too many samples showing very low Glc or Xyl yields. Setting a lower limit in turn determines an upper limit. That is, for a six-component experiment, if the lower limit for each single component is set to 5%, then the upper limit of each single component will be 75%. The lower limits of all other enzymes considered as "accessory" are set to 0%. "Core" and "accessory" are somewhat arbitrary designations and will differ depending on the substrate, but in our studies the core enzymes for release of Glc from corn stover comprise the following enzymes from T. reesei: CBH1 (also known as Cel7A), CBH2 (Cel6A), EG1(Cel7B), BG (&beta;-glucosidase), EX3 (endo-&beta;1,4-xylanase, GH10), and BX (&beta;-xylosidase).
<div id="myEventWatcherDiv">
	 </div>

Watch this Scientific Journal Video about GENPLAT: an Automated Platform for Biomass Enzyme Discovery and Cocktail Optimization at JoVE.com

GENPLAT: an Automated Platform for Biomass Enzyme Discovery and Cocktail Optimization

GENPLAT (GLBRC Enzim Platformu) biyokütle bozulması için enzim kokteyller keşif ve optimizasyonu için otomatik bir platform. Bu birden fazla hammadde ve birden fazla bileşen içeren enzimlerin karışımları adapte edilebilir.

GENPLAT: Biyokütle Enzim Discovery ve Kokteyl Optimizasyonu Otomatik Platform

The high cost of enzymes for biomass deconstruction is a major impediment to the economic conversion of lignocellulosic feedstocks to liquid ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

Biyomalzemelerin Yüksek Verimli Discovery için Polimer Mikroarray&#39;ler

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Hydrophobic Salt-modified Nafion for Enzyme Immobilization and Stabilization

Enzim immobilizasyonu ve stabilizasyonu için hidrofobik Tuz-modifiye Nafion

Over the last decade, there has been a wealth of application for immobilized and stabilized enzymes including biocatalysis, biosensors, and biofuel ...

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

Mikro ölçekli Hücre Stimülasyon deneyler için Çok Yönlü Otomatik Platformu

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

Development of an In Vitro Ocular Platform to Test Contact Lenses

Development of an In Vitro Ocular Platform to Test Contact Lenses

Bir Gelişimi<em&gt; İn Vitro</em&gt; Göz Platformu Lensler Test

Currently, in vitro evaluations of contact lenses (CLs) for drug delivery are typically performed in large volume vials,1-6 which fail to mimic ...

Design and Implementation of an Automated Illuminating, Culturing, and Sampling System for Microbial Optogenetic Applications

Mikrobiyal optogenetic Uygulamaları Tasarım ve Otomatik Aydınlatıcı, kültürleme ve Örnekleme Sistemi Uygulaması

Optogenetic systems utilize genetically-encoded proteins that change conformation in response to specific wavelengths of light to alter cellular ...

A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Performans Test platformu ve tel Micropump FR-4 bakır kaplı elektrot plaka ile için

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

Generic Protocol for Optimization of Heterologous Protein Production Using Automated Microbioreactor Technology

Otomatik Microbioreactor teknolojisini kullanarak Contegra Protein üretim duruma getirilmesi için genel iletişim kuralı

A core business in industrial biotechnology using microbial production cell factories is the iterative process of strain engineering and optimization of ...

An Ultrahigh-throughput Microfluidic Platform for Single-cell Genome Sequencing

Tek hücreli genom sıralama için bir üretilen iş Ultrahigh mikrosıvısal Platform

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of ...

A Novel Surgical Technique As a Foundation for In Vivo Partial Liver Engineering in Rat

A Novel Surgical Technique As a Foundation for In Vivo Partial Liver Engineering in Rat

Sıçan Vivo içinde kısmi karaciğer Dairesi'nde için bir temel olarak yeni bir cerrahi teknik

Organ engineering is a novel strategy to generate liver organ substitutes that can potentially be used in transplantation. Recently, in vivo liver ...

Repressing Gene Transcription by Redirecting Cellular Machinery with Chemical Epigenetic Modifiers

Kimyasal epigenetik değiştiriciler ile hücresel makine yeniden yönlendirerek Gen transkripsiyonu bastırmak

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene ...