Please use this identifier to cite or link to this item: http://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/10969
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorHamzah Mohd. Salleh, Ph.Den_US
dc.contributor.advisorIbrahim Ali Noorbatcha, Ph.Den_US
dc.contributor.authorBelgacem, Farah Fadwa Benen_US
dc.date.accessioned2022-06-23T06:23:57Z-
dc.date.available2022-06-23T06:23:57Z-
dc.date.issued2020-
dc.identifier.urihttp://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/10969-
dc.description.abstractMajor source of enzymes is microbes and during cultivation step, more than 85% of them resist cultivation and their genetic patrimony is loss. This work sought to bioprospect cellulose-degrading enzymes from microbiota of the palm oil mill effluent (POME). To get access to this great microbial diversity and to discover the biocatalysts behind, this research has adopted metagenomic approach which technically escapes the cultivation step and screens the microbial DNA for desired enzymatic activity. Metagenomics consists of the creation and screening of metagenomic DNA libraries. In vivo identification of cellulose-degrading enzymes was carried out with high-throughput screening and in silico identification of genes encoded the enzymes was performed with algorithm-based methods while the results validation was executed by recombinant enzymes expression, purification and characterisation. Culture-enrichment strategy based on natural selection principle was used in the early stage to enhance the screening hit rate. Metagenomic DNA was extracted from enriched and non-enriched sample to construct 109,824 fosmids (4.49 Gb) metagenomic DNA library. In this library, pCC1FOS fosmid and E. coli EPI300T1R are the vector and surrogate host of the cloning system, respectively. A high throughput functional metagenomic screen was developed and applied to search for cellulose-degrading enzymes within the library clones using 4-methylumbelliferyl-ß-D-glucopyranoside (MUGlc) and 4-methylumbelliferyl-ß-D-cellobioside (MUC) fluorogenic substrates. The screens were normalised using robust z-score and highest rated clones (100) were then selected. Their fosmids were isolated and sequenced with Hiseq (Illumina) of next-generation sequencing strategy. For quality control of the reads, SolexaQA and FastQC tools were used. Poor quality bases were removed with DynamicTrim algorithm, all bases with Qphred less than 20 were trimmed, and the LengthSort algorithm was used to remove sequences less than 50 bp. de Bruijn graph of de novo assembly algorithm has organised the reads on k-mers to build contigs, and Velvet optimiser has selected the optimum k-mers. These contigs were the input of SSPACE algorithm used to locate and orient contigs. Codon DNA sequences (CDS) were identified with PRODIGAL software. The genes identification was carried out following Blastp and SmartBLAST. Seventeen of bioprospected putative cellulose-degrading enzymes were cloned into pBAD-TOPO plasmid and expressed in TOP10 E.coli cloning. Enzymes were purified with HisTrap HP column with the aid of a FPLC system. Two putative glucanases and two putative ß-glucosidases were then biochemically characterised for optimal pH and temperature in the presence of substrates MUGlc and MUC, pNPG and pNPC and CMC as well. In NGS-data analysis step, 4900 contigs and 3540 scaffolds were constructed. 42,247 CDS were detected and 96 potential cellulose-degrading enzymes were identified which evinces the richness of POME metagenome on biocatalysts. The protein sequences of 15 cellulose-degrading enzymes are 100% similar to protein sequences available in protein databases while 40 enzymes show (80-99%) similarities, 24 enzymes (60-79%), 14 enzymes (40-59%) and 3 enzymes show less than 40% similarity, this reflects the qualification of functional metagenomics to bioprospect untapped enzymes. The potential types of enzymes are 19.20% glucanases, 31.32% glucosidases and 46.48% glucoside hydrolases with cellulose-degrading enzyme conserved domains. For the 17 expressed enzymes, three different glycoside hydrolase families, (enzyme 1, 2, 10 and 21) from GH3, (enzyme 6, 12 and 20) from GH5, (enzyme 3) from GH8 and other glycoside hydrolase families. Enzyme 3 is probably an example of untapped enzyme; it was active toward MUC and MUGlc. The optimum catalysis activity by enzyme 3 occurred at 50 °C and pH 4. For enzymes 4, 11 and 13, no enzymatic activity was detected due to low expression level. This research was very challenging but rewarding. It lays the foundation of diverse and untapped biocatalysts discovery. The bioprospected enzymes found in this metagenomic DNA library can be produced and optimised to be used in different industrial applications. In addition, the NGS-analysed-data can be usd to study the diversity of POME.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2020en_US
dc.titleFunctional metagenomic approach in identify cellulose-degrading enzymes from Malaysian palm oil mill effluenten_US
dc.typeDoctoral Thesisen_US
dc.description.identityt11100429137FarahFadwaBenBelgacemen_US
dc.description.identifierThesis : unctional metagenomic approach in identify cellulose-degrading enzymes from Malaysian palm oil mill effluent / Farah Fadwa Ben Belgacemen_US
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineeringen_US
dc.description.programmeDoctor of Philosophy in Engineering (Biotechnology Engineering)en_US
dc.description.abstractarabicالميكروبات هي المصدر الاساسي للانزيما ت، وخلال مرحلة الاحياء، أكثر من 85 بالمئة من هذه الميكروبات تقاوم العيش في المختبر وبالتالي نفقد المعلومة الجينية الخاصة بها. سعى هذا البحث الى ايجاد انزيمات مفككة للسيليلوز من مجموع الميكروبات المتواجدة في مخلفات مصانع زيت النخيل. للتوصل الى هذا التنوع الميكروبي الهائل واكتشاف المحفزات الحيوية، تبنت هذه الدراسة منهج الميتاجينوميك الذي يتخلى عن خطوة الاحياء ويفحص الحمض النووي للانزيمات. يتضمن منهج الميتاجينوم انشاء وفحص مكتبات الحمض النووي. الكشف عن الانزيمات المفككة للسيليلوز In vivo تم بواسطة الفحص عالي المردودية، والكشف عن الجينات الأصلية لهذه الانزيمات In silico تم بوسائل لوغارتمية، كما أن التؤكد من النتائج تم عن طريق انتاج الانزيمات، تنقينها، ثم دراسة خصائصها. عملية تغذية الوسط المعتمدة على الانتقاء الطبيعي، استعملت في بادئ الأمر لتدعيم نتائج الفحص. استخلص الحمض النووي منقوص الريبوزوم من كل من العينات المدعمة والغير مدعمة لانشاء مكتبة ميتاجينومية عددها 109824 فوسميد ) 4.49 جيجابايت ( ، في هذه المكتبة pCC1FOS هو الفوسميد الحامل و REPI300T1 هي الخلية المضيفة لعملية الاستنساخ. الفحص الميتاجينومي العالي المردودية للبحث عن هذه الانزيمات، أستخدم كل من MUC و MUGlc كمادتين فاعليتين مفسفرتين. نتائج الفحص عدلت عن طريق حساب Robust z-score . من خلال هذه النتائج تم اختيار اعلى مئة خلية في ال تتيب. في المرحلة الثانية، استخلصت فوسميدات هذه الخلايا المئة وتم قراءة حمضها النووي منقوص الريبوزوم بجهاز Hiseq (Illumina) الذي يعتبر من فئة الجيل الثاني. استخدم SolexaQA و FastQC كوسيلتين لتتيب البيانات. التسلسلا ت ذات الجودة الأقل من اللازمة يتم التخلص منها بواسطة وسيلة DynamicTrim algorithm والسلاسل مع اقل من Qphred20 تم التخلص منها مع السلاسل القصيرة أقل من 50bp عن طريق LengthSort algorithm . De Bruijn graph هو اللوغاريثم المستعمل لاعادة تسلسل الحمض النووي المنقو ص الريبوزوم (de novo assembly) الى Kmers ومنها بناء Contigs . أما Velvet Optimiser عمل على اختيار ال Kmer الأمثل. SSPACE لوغاريتم عمل على ترتيب ال Contigs وتوجيهها. سلسلة الكودون للحمض النووي منقوص الريبوزوم تم تحديدها عن طريق برنامج PRODIGAL . التعرف على الجينات بواسطة Blastp و SmartBLAST . سبعة عشر من الانزيمات المحتملة استنسخت في البلاسميد pBAD-TOPO للخلية البكتيرية TOP10 E.coli . تم تصفية الانزيمات بتقنية FPLC بواسطة HisTrap HP column . أنزيمان من نوع جلوكانيز وأنزيمان من نوع البيتاجلوكوزيدي ز تم تحديد خصائصهما البيوكيميائية من ال pH الأمثل ودرجة الحرارة المثلى في حضور كل من المواد المتفاعلة المفسفرة MUC و MUGlc والمواد المتفاعلة الملونة pNPG و pNPC والمادة المتفاعلة CMC أيضا. من نتائج قراءة التسلسل بواسطة الجيل الجديد، شكلنا 4900 contigs و 3540 scaffolds . تم اكتشاف 42247 CDS منها 96 أنزيم مفكك للسيليلوز, مما يؤكد وفرة الانزيمات في عينة البحث POME . أضحت نتائج التسلسل البروتييني أن السلاسل البروتينية ل 15 أنزيم مطابقة 100% لبروتينات متواجدة في قاعدة البيانات، 40 أنزيم مطابق بنسب ت تواح بين (80-99%) ، 24 أنزيم مطابقة بنسب تتاوح بين (60-79%) ، 14 أنزيم مطابق بنسبب (40-59%) وثلاث أنزيمات مطابقة بأقل من 40% ، وهذا مايؤكد أيضا كفائة الميتاجينوميك في اكتشاف الانزيمات الغير معروفة مسبقا. الانزيمات المكتشفة هي 12.20% جلوكانيز، 31.32% جلوكوزايديز، و 46.48% من مختلف أنواع الانزيمات المفككة للسيليلوز. من هذه الانزيما ت 17 انزيما غير مكتشف تم تجربتها في المختبر، تنتمي الانزيمات 1 ، 2 ، 10 و 21 لعائلة GH3 ، وتنتمي الانزيمات 6 ، 12 و 20 لعائلة GH5 وينتمي الانزيم 3 لعائلة GH8 . الانزيم 3 يحتمل أن يكون مثالا عن الانزيمات الغير مكتشفة سابقا حيث أنه أبدى فاعليته اتجاه المادتين الفعالتين MUC و MUGlc الفاعلية المفككة المثلى لهذا الانزيم 3 كان في درجة حرارة 50 درجة مئوية و pH . أما فيما يخص الانزيمات 4 و 11 و 13 فلم يتم رصد تفاعل كيميائي نظرا لمستوى الانتاج الضئيل. هذا البحث يعد صعبا ولكن مجزيا. فهذا يعد حجر أساس لاكتشاف العديد من الانزيمات المكتشفة والغير مكتشفه مسبقا. الانزيمات المكتشفه في هذه المكتبة الميتاجينومية يمكن تصنيعها وتحسينها لاستخدمها في صناعات مختلفة. كما أن البيانات المتحصل عليها من قراءة التسلسل للحمض النووي منقوص الريبوزوم تعتبر مادة غنية لدراسه التنوع في عين ة POME .en_US
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2020.en_US
dc.description.physicaldescriptionxix, 251 leaves : colour illustrations ; 30cm.en_US
item.openairetypeDoctoral Thesis-
item.grantfulltextopen-
item.fulltextWith Fulltext-
item.languageiso639-1en-
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.cerifentitytypePublications-
Appears in Collections:KOE Thesis
Files in This Item:
File Description SizeFormat 
t11100429137FarahFadwaBenBelgacem_24.pdf24 pages file373.85 kBAdobe PDFView/Open
t11100429137FarahFadwaBenBelgacem_SEC.pdf
  Restricted Access
Full text secured file10.01 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy
Show simple item record

Google ScholarTM

Check


Items in this repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated. Please give due acknowledgement and credits to the original authors and IIUM where applicable. No items shall be used for commercialization purposes except with written consent from the author.