For the economic production of biofuels and other valuable products from lignocellulosic waste material, a consolidated bioprocessing (CBP) organism is required. With efficient fermentation capability and attractive industrial qualities, Saccharomyces cerevisiae is a preferred candidate and has been engineered to produce enzymes that hydrolyze cellulosic biomass. Efficient cellulose hydrolysis requires the synergistic action of several enzymes, with the optimum combined activity ratio dependent on the composition of the substrate. In vitro SCRaMbLE generated a library of plasmids containing different ratios of a β-glucosidase gene (CEL3A) from Saccharomycopsis fibuligera and an endoglucanase gene (CEL5A) from Trichoderma reesei. S. cerevisiae, transformed with the plasmid library, displayed a range of individual enzyme activities and synergistic capabilities. Furthermore, we show for the first time that 4,6-O-(3-ketobutylidene)-4-nitrophenyl-β-d-cellopentaoside (BPNPG5) is a suitable substrate to determine synergistic Cel3A and Cel5A action and an accurate predictive model for this synergistic action was devised. Strains with highest BPNPG5 activity had an average CEL3A and CEL5A gene cassette copy number of 1.3 ± 0.6 and 0.8 ± 0.2, respectively (ratio of 1.6:1). Here, we describe a synthetic biology approach to rapidly optimise gene copy numbers to achieve efficient synergistic substrate hydrolysis. This study demonstrates how in vitro SCRaMbLE can be applied to rapidly combine gene constructs in various ratios to allow screening of synergistic enzyme activities for efficient substrate hydrolysis.

中文翻译：

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使用体外SCRaMbLE快速优化啤酒酵母中纤维素分解酶的比例

为了从木质纤维素废料经济生产生物燃料和其他有价值的产品，需要整合的生物加工（CBP）生物。具有有效的发酵能力和诱人的工业品质，酿酒酵母是优选的候选者，并且已被工程改造为产生水解纤维素生物质的酶。有效的纤维素水解需要几种酶的协同作用，最佳的组合活性比取决于底物的组成。体外SCRaMbLE生成了一个质粒库，该质粒库包含不同比例的腓肠酵母菌的β-葡萄糖苷酶基因（CEL3A）和里氏木霉的内切葡聚糖酶基因（CEL5A）。用质粒文库转化的酿酒酵母 展示了一系列的酶活性和协同能力。此外，我们首次表明4,6-O-（3-酮丁烯）-4-硝基苯基-β-d-cellopentaoside（BPNPG5）是确定Cel3A和Cel5A协同作用的合适底物，并且是一种准确的预测模型设计了这种协同作用。具有最高BPNPG5活性的菌株的平均CEL3A和CEL5A基因盒拷贝数分别为1.3±0.6和0.8±0.2（比率为1.6：1）。在这里，我们描述了一种合成生物学方法，可以快速优化基因拷贝数以实现有效的协同底物水解。这项研究证明了如何将体外SCRaMbLE应用于以各种比例快速组合基因构建体的过程，从而筛选出用于有效底物水解的协同酶活性。我们首次表明4,6-O-（3-酮丁烯）-4-硝基苯基-β-d-cellopentaoside（BPNPG5）是确定协同作用Cel3A和Cel5A作用的合适底物以及对此协同作用的准确预测模型采取了行动。具有最高BPNPG5活性的菌株的平均CEL3A和CEL5A基因盒拷贝数分别为1.3±0.6和0.8±0.2（比率为1.6：1）。在这里，我们描述了一种合成生物学方法，可以快速优化基因拷贝数以实现有效的协同底物水解。这项研究证明了如何将体外SCRaMbLE应用于以各种比例快速组合基因构建体的过程，从而筛选出用于有效底物水解的协同酶活性。我们首次表明4,6-O-（3-酮丁烯）-4-硝基苯基-β-d-cellopentaoside（BPNPG5）是确定协同作用Cel3A和Cel5A作用的合适底物以及对此协同作用的准确预测模型采取了行动。具有最高BPNPG5活性的菌株的平均CEL3A和CEL5A基因盒拷贝数分别为1.3±0.6和0.8±0.2（比率为1.6：1）。在这里，我们描述了一种合成生物学方法，可以快速优化基因拷贝数以实现有效的协同底物水解。这项研究证明了如何将体外SCRaMbLE应用于以各种比例快速组合基因构建体的过程，从而筛选出用于有效底物水解的协同酶活性。6-O-（3-酮丁烯）-4-硝基苯基-β-d-cellopentaoside（BPNPG5）是确定协同作用Cel3A和Cel5A的合适底物，并为此协同作用设计了精确的预测模型。具有最高BPNPG5活性的菌株的平均CEL3A和CEL5A基因盒拷贝数分别为1.3±0.6和0.8±0.2（比率为1.6：1）。在这里，我们描述了一种合成生物学方法，可以快速优化基因拷贝数以实现有效的协同底物水解。这项研究证明了如何将体外SCRaMbLE应用于以各种比例快速组合基因构建体的过程，从而筛选出用于有效底物水解的协同酶活性。6-O-（3-酮丁烯）-4-硝基苯基-β-d-cellopentaoside（BPNPG5）是确定协同作用Cel3A和Cel5A的合适底物，并为此协同作用设计了精确的预测模型。具有最高BPNPG5活性的菌株的平均CEL3A和CEL5A基因盒拷贝数分别为1.3±0.6和0.8±0.2（比率为1.6：1）。在这里，我们描述了一种合成生物学方法，可以快速优化基因拷贝数以实现有效的协同底物水解。这项研究证明了如何将体外SCRaMbLE应用于以各种比例快速组合基因构建体的过程，从而筛选出用于有效底物水解的协同酶活性。具有最高BPNPG5活性的菌株的平均CEL3A和CEL5A基因盒拷贝数分别为1.3±0.6和0.8±0.2（比率为1.6：1）。在这里，我们描述了一种合成生物学方法，可以快速优化基因拷贝数以实现有效的协同底物水解。这项研究证明了如何将体外SCRaMbLE应用于以各种比例快速组合基因构建体的过程，从而筛选出用于有效底物水解的协同酶活性。具有最高BPNPG5活性的菌株的平均CEL3A和CEL5A基因盒拷贝数分别为1.3±0.6和0.8±0.2（比率为1.6：1）。在这里，我们描述了一种合成生物学方法，可以快速优化基因拷贝数以实现有效的协同底物水解。这项研究证明了如何将体外SCRaMbLE应用于以各种比例快速组合基因构建体的过程，从而筛选出用于有效底物水解的协同酶活性。