The microbial degradation of lignin has been well studied in white-rot and brown-rot fungi, but is much less well studied in bacteria. Recent published work suggests that a range of soil bacteria, often aromatic-degrading bacteria, are able to break down lignin. The enzymology of bacterial lignin breakdown is currently not well understood, but extracellular peroxidase and laccase enzymes appear to be involved. There are also reports of aromatic-degrading bacteria isolated from termite guts, though there are conflicting reports on the ability of termite gut micro-organisms to break down lignin. If biocatalytic routes for lignin breakdown could be developed, then lignin represents a potentially rich source of renewable aromatic chemicals.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTMolecular basis for vancomycin resistance in Enterococcus faecium BM4147: biosynthesis of a depsipeptide peptidoglycan precursor by vancomycin resistance proteins VanH and VanATimothy D. H. Bugg, Gerard D. Wright, Sylvie Dutka-Malen, Michel Arthur, Patrice Courvalin, and Christopher T. WalshCite this: Biochemistry 1991, 30, 43, 10408–10415Publication Date (Print):October 1, 1991Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 October 1991https://pubs.acs.org/doi/10.1021/bi00107a007https://doi.org/10.1021/bi00107a007research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views2081Altmetric-Citations510LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-Alertsclose Get e-Alerts

Rhodococcus jostii RHA1, a polychlorinated biphenyl-degrading soil bacterium whose genome has been sequenced, shows lignin degrading activity in two recently developed spectrophotometric assays. Bioinformatic analysis reveals two unannotated peroxidase genes present in the genome of R. jostii RHA1 with sequence similarity to open reading frames in other lignin-degrading microbes. They are members of the Dyp peroxidase family and were annotated as DypA and DypB, on the basis of bioinformatic analysis. Assay of gene deletion mutants using a colorimetric lignin degradation assay reveals that a ΔdypB mutant shows greatly reduced lignin degradation activity, consistent with a role in lignin breakdown. Recombinant DypB protein shows activity in the colorimetric assay and shows Michaelis–Menten kinetic behavior using Kraft lignin as a substrate. DypB is activated by Mn2+ by 5–23-fold using a range of assay substrates, and breakdown of wheat straw lignocellulose by recombinant DypB is observed over 24–48 h in the presence of 1 mM MnCl2. Incubation of recombinant DypB with a β-aryl ether lignin model compound shows time-dependent turnover, giving vanillin as a product, indicating that Cα–Cβ bond cleavage has taken place. This reaction is inhibited by addition of diaphorase, consistent with a radical mechanism for C–C bond cleavage. Stopped-flow kinetic analysis of the DypB-catalyzed reaction shows reaction between the intermediate compound I (397 nm) and either MnII (kobs = 2.35 s–1) or the β-aryl ether (kobs = 3.10 s–1), in the latter case also showing a transient at 417 nm, consistent with a compound II intermediate. These results indicate that DypB has a significant role in lignin degradation in R. jostii RHA1, is able to oxidize both polymeric lignin and a lignin model compound, and appears to have both MnII and lignin oxidation sites. This is the first detailed characterization of a recombinant bacterial lignin peroxidase.

Significance Metabolism of l -carnitine, a compound abundant in human diet, to trimethylamine by human microbiota has been shown to promote atherosclerosis and subsequent development of heart disease. However, the underpinning molecular and biochemical mechanisms remain unknown. In this study, we reveal that a previously unidentified Rieske-type protein is responsible for carnitine transformation to trimethylamine from human microbiota. Knowledge gained in our study provides the opportunity not only to explore Rieske protein inhibitors in preventing trimethylamine formation in animal studies and clinical trials, but also for its use as a functional genetic marker to better understand human microbiota and their dynamics in our health and disease in future epidemiological studies and dietary interventions.

Two spectrophotometric assays have been developed to monitor breakdown of the lignin component of plant lignocellulose: a continuous fluorescent assay involving fluorescently modified lignin, and a UV-vis assay involving chemically nitrated lignin. These assays have been used to analyse lignin degradation activity in bacterial and fungal lignin degraders, and to identify additional soil bacteria that show activity for lignin degradation. Two soil bacteria known to act as aromatic degraders, Pseudomonas putida and Rhodococcus sp. RHA1, consistently showed activity in these assays, and these strains were shown in a small scale experiment to breakdown lignocellulose, producing a number of monocyclic phenolic products. Using milled wood lignin prepared from wheat straw, pine, and miscanthus, some bacterial lignin degraders were found to show specificity for lignin type. These assays could be used to identify novel lignin degraders for breakdown of plant lignocellulose.

The aromatic polymer lignin represents a possible renewable source of aromatic chemicals, if biocatalytic routes for lignin breakdown can be developed. The availability of a genome sequence for Rhodococcus jostii RHA1, a bacterium that breaks down lignin, has allowed the application of a targeted pathway engineering strategy to lignin breakdown to produce vanillin, a valuable food/flavor chemical. A gene deletion strain of R. jostii RHA1 in which the vanillin dehydrogenase gene had been deleted, when grown on minimal medium containing 2.5% wheat straw lignocellulose and 0.05% glucose, was found to accumulate vanillin with yields of up to 96 mg/L after 144 h, together with smaller amounts of ferulic acid and 4-hydroxybenzaldehyde.

The article reports methods for the expression and assay of 9-cis-epoxycarotenoid cleavage dioxygenase (NCED), an enzyme involved in the biosynthesis of phytohormone abscisic acid in plants. A method for the preparation of the unstable substrate 9'-cis-neoxanthin from fresh spinach is described. The inhibition of Solanum lycopersicum NCED by a series of aryl hydroxamic acid inhibitors is illustrated, and inhibitors D2 and D4 are assayed against NCED isozymes from Zea mays.