Uma análise comparativa de redes interatômicas de ligninases de basidiomicetos e ascomicetos

Abstract

A lignina, um biopolímero aromático predominante em plantas, forma uma rede estrutural com celulose e hemiceluloses, criando lignocelulose. Este complexo é um componente crítico das paredes celulares das plantas e é resistente à degradação hidrolítica, decomposta principalmente por enzimas degradadoras de lignina produzidas por fungos. Essas enzimas, classificadas como ligninases e enzimas auxiliares, incluem lacases, manganês peroxidases (MnP), peroxidases de lignina (LiP), peroxidases versáteis (VP) e peroxidases descolorantes de corantes (DyP). Os fungos, particularmente os basidiomicetos de podridão branca, e certos ascomicetos desempenham um papel central na degradação da lignina, contribuindo significativamente para o ciclo global do carbono e aplicações biotecnológicas. Este estudo empregou uma abordagem de biologia de sistemas para explorar as redes de interação de ligninases em basidiomicetos e ascomicetos, usando STRING para geração de redes de interação biológica e Cytoscape para visualização e análise. Clusters dentro das redes foram identificados usando MCODE. Análises de centralidade com CentiScaPe caracterizaram nós críticos para conectividade de rede e fluxo de informações. Os resultados revelaram que a maioria das ligninases se agrupou em módulos altamente conectados, com uma proporção significativa funcionando em vários clusters, ressaltando seus papéis multifuncionais. A análise de centralidade identificou nós de hub e gargalo, enfatizando sua importância na manutenção da integridade da rede e no controle de processos biológicos. Este estudo demonstra a utilidade de abordagens baseadas em biologia sistêmica para entender o significado biológico das interações de ligninase. Insights desta pesquisa têm implicações para a biotecnologia, como processamento de lignocelulose, biorremediação, bem como aplicações ecológicas, incluindo saúde do agroecossistema e compreensão de pragas do agronegócio.

Lignin, a predominant aromatic biopolymer in plants, forms a structural network with cellulose and hemicelluloses, creating lignocellulose. This complex is a critical component of plant cell walls and is resistant to hydrolytic degradation, primarily by lignin-degrading enzymes produced by fungi. These enzymes, classified as ligninases and auxiliary enzymes, include laccases, manganese peroxidases (MnP), lignin peroxidases (LiP), versatile peroxidases (VP), and dye-decolorizing peroxidases (DyP). Fungi, particularly white-rot basidiomycetes and certain ascomycetes, play a central role in lignin degradation, contributing significantly to the global carbon cycle and biotechnological applications. This study employed a systems biology approach to explore the interaction networks of ligninases in basidiomycetes and ascomycetes using STRING for biological interaction network generation and Cytoscape for visualization and analysis. Clusters within the networks were identified using MCODE. Centrality analyses with CentiScaPe characterized the nodes critical for network connectivity and information flow. The results revealed that most ligninases were clustered into highly connected clusters, with a significant proportion functioning across multiple clusters, underscoring their multifunctional roles. Centrality analysis identified key hub and bottleneck nodes, emphasizing their importance in maintaining network integrity and controlling biological processes. This study demonstrates the utility of network-based approaches in understanding the biological significance of ligninase interactions. Insights from this research have implications for biotechnology, such as lignocellulose processing, bioremediation, and ecological applications, including agroecosystem health and agribusiness pests.