Xylanases are one of the most extensively used enzymes for biomass digestion. However, in many instances, their use is limited by poor performance under the conditions of pH and temperature required by the industry. Therefore, the search for xylanases able to function efficiently at alkaline pH and high temperature is an important objective for different processes that use lignocellulosic substrates, such as the production of paper pulp and biofuels. A comprehensive in silico analysis of family GH11 sequences from the CAZY database allowed their phylogenetic classification in a radial cladogram in which sequences of known or presumptive thermophilic and alkalophilic xylanases appeared in three clusters. Eight sequences from these clusters were selected for experimental analysis. The coding DNA was synthesized, cloned and the enzymes were produced in E. coli. Some of these showed high xylanolytic activity at pH values > 8.0 and temperature > 80 °C. The best enzymes corresponding to sequences from Dictyoglomus thermophilum (Xyn5) and Thermobifida fusca (Xyn8). The addition of a carbohydrate-binding module (CBM9) to Xyn5 increased 4 times its activity at 90 °C and pH > 9.0. The combination of Xyn5 and Xyn8 was proved to be efficient for the saccharification of alkali pretreated rice straw, yielding xylose and xylooligosaccharides. This study provides a fruitful approach for the selection of enzymes with suitable properties from the information contained in extensive databases. We have characterized two xylanases able to hydrolyze xylan with high efficiency at pH > 8.0 and temperature > 80 °C.

中文翻译：

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在碱性pH和高温条件下应用的GH11木聚糖酶家族的计算机筛选和实验分析

木聚糖酶是用于生物质消化的最广泛使用的酶之一。但是，在许多情况下，它们的使用受到工业所需的pH和温度条件下性能差的限制。因此，寻找能够在碱性pH和高温下有效发挥作用的木聚糖酶是使用木质纤维素底物的不同方法的重要目标，例如纸浆和生物燃料的生产。对来自CAZY数据库的GH11家族序列进行了全面的计算机分析，从而在径向分支图中对它们进行了系统发育分类，其中已知或推测的嗜热和嗜碱木聚糖酶序列出现在三个簇中。从这些簇中选择了八个序列进行实验分析。合成了编码DNA 克隆并在大肠杆菌中产生酶。其中一些在pH值> 8.0和温度> 80°C时表现出较高的木聚糖分解活性。最好的酶对应于嗜热链球菌（Xyn5）和双歧嗜热菌（Xyn8）的序列。在Xyn5中添加碳水化合物结合模块（CBM9），使其在90°C和pH> 9.0时的活性提高了4倍。事实证明，Xyn5和Xyn8的组合可有效地对碱预处理的稻草进行糖化，产生木糖和木寡糖。这项研究为从广泛数据库中包含的信息中选择具有合适特性的酶提供了有效的方法。我们表征了两种能够在pH> 8.0和温度> 80°C时高效水解木聚糖的木聚糖酶。其中一些在pH值> 8.0和温度> 80°C时表现出较高的木聚糖分解活性。最好的酶对应于嗜热链球菌（Xyn5）和真热线菌（Xyn8）的序列。在Xyn5中添加碳水化合物结合模块（CBM9），使其在90°C和pH> 9.0时的活性提高了4倍。事实证明，Xyn5和Xyn8的组合可有效地对碱预处理的稻草进行糖化，产生木糖和木寡糖。这项研究为从广泛数据库中包含的信息中选择具有合适特性的酶提供了有效的方法。我们已经表征了两种能够在pH> 8.0和温度> 80°C时高效水解木聚糖的木聚糖酶。其中一些在pH值> 8.0和温度> 80°C时表现出较高的木聚糖分解活性。最好的酶对应于嗜热链球菌（Xyn5）和真热线菌（Xyn8）的序列。在Xyn5中添加碳水化合物结合模块（CBM9），使其在90°C和pH> 9.0时的活性提高了4倍。事实证明，Xyn5和Xyn8的组合可有效地对碱预处理的稻草进行糖化，产生木糖和木寡糖。这项研究为从广泛数据库中包含的信息中选择具有合适特性的酶提供了有效的方法。我们已经表征了两种能够在pH> 8.0和温度> 80°C时高效水解木聚糖的木聚糖酶。最好的酶对应于嗜热链球菌（Xyn5）和真热线菌（Xyn8）的序列。在Xyn5中添加碳水化合物结合模块（CBM9），使其在90°C和pH> 9.0时的活性提高了4倍。事实证明，Xyn5和Xyn8的组合可有效地对碱预处理的稻草进行糖化，产生木糖和木寡糖。这项研究为从广泛数据库中包含的信息中选择具有合适特性的酶提供了有效的方法。我们已经表征了两种能够在pH> 8.0和温度> 80°C时高效水解木聚糖的木聚糖酶。最好的酶对应于嗜热链球菌（Xyn5）和双歧嗜热菌（Xyn8）的序列。在Xyn5中添加碳水化合物结合模块（CBM9），使其在90°C和pH> 9.0时的活性提高了4倍。事实证明，Xyn5和Xyn8的组合可有效地对碱预处理的稻草进行糖化，产生木糖和木寡糖。这项研究为从广泛数据库中包含的信息中选择具有合适特性的酶提供了有效的方法。我们表征了两种能够在pH> 8.0和温度> 80°C时高效水解木聚糖的木聚糖酶。事实证明，Xyn5和Xyn8的组合可有效地对碱预处理的稻草进行糖化，产生木糖和木寡糖。这项研究为从广泛数据库中包含的信息中选择具有合适特性的酶提供了有效的方法。我们表征了两种能够在pH> 8.0和温度> 80°C时高效水解木聚糖的木聚糖酶。事实证明，Xyn5和Xyn8的组合可有效地对碱预处理的稻草进行糖化，产生木糖和木寡糖。这项研究为从广泛数据库中包含的信息中选择具有合适特性的酶提供了有效的方法。我们已经表征了两种能够在pH> 8.0和温度> 80°C时高效水解木聚糖的木聚糖酶。