catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2015-6-78-83catal-310Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISОптимизация состава целлюлазного ферментного комплекса Penicillium verruculosum: увеличение гидролитической способности с помощью методов генетической инженерииOptimization of the Composition of Cellulase Enzymatic Complex Penicillium verruculosum: Improvement of the Hydrolytic Ability Using Methods of Genetic EngineeringСиницынА. П.SinitsynA. P.apsinitsyn@gmail.comКоротковаО. Г.KorotkovaO. G.littletempo@yandex.ruСиницынаО. А.SinitsynaO. A.oasinitsyna@gmail.comРожковаА. М.RozhkovaA. M.amrojkova@yahoo.comДоценкоГ. С.DotsenkoG. S.gsdotsenko@gmail.comПроскуринаО. В.ProskurinaO. V.olgavproskurina@gmail.comОсиповД. О.OsipovD. O.doosipov@gmail.comКондратьеваЕ. Г.Kondrat’evaE. G.ekond@inbox.ruЧекушинаА. В.ChekushinaA. V.chekushina.ann@gmail.comМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (ФИЦ «Биотехнологии» РАН) Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН, г. МоскваРоссияMoscow State University, Moscow; Bach Institute of Biochemistry, RAS, MoscowRussian FederationФедеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (ФИЦ «Биотехнологии» РАН) Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН, г. МоскваРоссияBach Institute of Biochemistry, RAS, MoscowRussian FederationДатский технический университет, КопенгагенДанияTechnical University of Denmark, CopenhagenDenmarkМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияMoscow State University, MoscowRussian Federation2015290120161567883Copyright © LLC "KALVIS", 20162016LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/310

Применение современных технологий ферментативного гидролиза целлюлозосодержащего сырья позволяет получать сахара, из которых далее с помощью микробиологической конверсии могут быть получены спирты (биотопливо), органические и аминокислоты, биополимеры, кормовые добавки и другие продукты с высокой добавленной стоимостью. Для биоконверсии целлюлозосодержащего сырья требуются целлюлолитические ферменты трех типов: эндоглюканазы, целлобиогидролазы, бета-глюкозидазы. В данной работе изучены возможности улучшения гидролитической способности секреторного ферментного комплекса Penicillium verruculosum с помощью добавления к нему методами генетической инженерии гомологичных и гетерологичных целлюлаз в различных комбинациях и соотношениях: эндоглюканазы IV (EGIV) Trichoderma reesei, эндоглюканазы II (EGII) и целлобиогидролазы I (CBHI) P. verruculosum, а также бета-глюкозидазы (b-GLU) Aspergillus niger. Определено оптимальное соотношение компонентов и, таким образом, достигнуто увеличение каталитической активности новых ферментных комплексов-биокатализаторов до двух раз.

Application of modern technologies of enzymatic hydrolysis of cellulose-containing raw materials makes it possible to obtain sugars that undergo microbiological conversion to synthesize alcohols (biofuels), organic and amino acids, biopolymers, food additives and other value-added products. Cellulolyticus enzymes of three types – endoglucanase, cellobiohydrolase, beta-glucosidase – are required for the bioconversion of cellulose-containing raw material. The present work is aimed at studying a possibility of application of genetic engineering for improvement of the hydrolytic ability of secretory enzyme complex Penicillium verruculosum by adding homologous and the heterologous cellulases in different combinations and ratios – endoglucanase IV (EGIV) from Trichoderma reesei, endoglucanase II (EGII) and cellobiohydrolase I (CBHI) from P. verruculosum, and also beta-glucosidase (b-GLU) from Aspergillus niger. The optimal ratio of components is determined to double the catalytic activity of the new enzyme complexes.

Penicillium verruculosumферментативный гидролизоптимальное соотношениеферментный комплексэндоглюканаза IIцеллобиогидролаза Iбета-глюкозидазаPenicillium verruculosumenzymatic hydrolysisoptimal ratioendoglucanase IIcellobiohydrolase Ibeta-glucosidaseReferencesSánchez Ó.J., Cardona C.A. // Bioresource Technol, 2008, v. 99, p. 5270–5295.Sánchez Ó.J., Cardona C.A. // Bioresource Technol, 2008, v. 99, p. 5270–5295.Ragauskas A.J., Williams C.K., Davison B.H., Britovsek G., Cairney J., Eckert C.A., Frederick W.J., Hallett J.P., Leak D.J., Liotta C.L., Mielenz J.R., Murphy R., Templer R., Tschaplinski T. // Science, 2006, v. 311, p. 484–489.Ragauskas A.J., Williams C.K., Davison B.H., Britovsek G., Cairney J., Eckert C.A., Frederick W.J., Hallett J.P., Leak D.J., Liotta C.L., Mielenz J.R., Murphy R., Templer R., Tschaplinski T. // Science, 2006, v. 311, p. 484–489.Carmen S. // Biotechnol. Advances, 2009, v. 27, p. 185–194.Carmen S. // Biotechnol. Advances, 2009, v. 27, p. 185–194.Menon V., Rao M. // Progress in Energy and Combustion Science, 2012, v. 38, p. 522–550.Menon V., Rao M. // Progress in Energy and Combustion Science, 2012, v. 38, p. 522–550.Gusakov A.V. // Trends in Biotechnology, 2011, v. 29, p. 419–425.Gusakov A.V. // Trends in Biotechnology, 2011, v. 29, p. 419–425.Skomarovsky A.A., Gusakov A.V., Okunev O.N., Soloveva I.V., Bubnova T.V., Kondrat’eva E.G., Synitsyn A.P. // Appl.Biochem.Microbiol. 2005, v. 41, p. 182–184.Skomarovsky A.A., Gusakov A.V., Okunev O.N., Soloveva I.V., Bubnova T.V., Kondrat’eva E.G., Synitsyn A.P. // Appl.Biochem.Microbiol. 2005, v. 41, p. 182–184.Martins L.F., Kolling D., Camassola M., Dillon A.J., Ramos L.P. // Bioresource Technol., 2008, v. 99, p. 1417–1424.Martins L.F., Kolling D., Camassola M., Dillon A.J., Ramos L.P. // Bioresource Technol., 2008, v. 99, p. 1417–1424.Синицын А.П., Осипов Д.О., Рожкова А.И., Бушина Е.В., Доценко Г.С., Синицына О.А., Кондратьева Е.Г., Зоров И.Н., Окунев О.Н., Немашкалов В.А., Матыс В.Ю., Кошелев А.В. // Биотехнология, 2013, № 5, с. 40–53.Синицын А.П., Осипов Д.О., Рожкова А.И., Бушина Е.В., Доценко Г.С., Синицына О.А., Кондратьева Е.Г., Зоров И.Н., Окунев О.Н., Немашкалов В.А., Матыс В.Ю., Кошелев А.В. // Биотехнология, 2013, № 5, с. 40–53.Синицын А.П., Черноглазов В.М., Гусаков А.В. Методы исследования и свойства целлюлолитических ферментов. М.: ВИНИТИ, 1990. т. 25. c. 30–37.Синицын А.П., Черноглазов В.М., Гусаков А.В. Методы исследования и свойства целлюлолитических ферментов. М.: ВИНИТИ, 1990. т. 25. c. 30–37.Gincy M.M., Rajeev K.S., Reeta R.S., Ashok P. // Journal of Scientific & Industrial Research, 2008, No 67, p. 898–907.Gincy M.M., Rajeev K.S., Reeta R.S., Ashok P. // Journal of Scientific & Industrial Research, 2008, No 67, p. 898–907.Kim J., Lee H.J., Choi In-G., Kim K.H. // Appl. Microbiol. Biotechnol., Published on-line 17 August, 2014, DOI 10.1007/s00253-014-6001-3.Kim J., Lee H.J., Choi In-G., Kim K.H. // Appl. Microbiol. Biotechnol., Published on-line 17 August, 2014, DOI 10.1007/s00253-014-6001-3.Harris P.V., Welner D., McFarland, K.C., Re E., Poulsen J.C.N., Brown K., Salbo R., Ding H., Vlasenko E., Merino S., Xu F., Cherry J., Larsen S., Leggio L.L. // Biochemistry, 2010, v. 49, p. 3305–3316.Harris P.V., Welner D., McFarland, K.C., Re E., Poulsen J.C.N., Brown K., Salbo R., Ding H., Vlasenko E., Merino S., Xu F., Cherry J., Larsen S., Leggio L.L. // Biochemistry, 2010, v. 49, p. 3305–3316.Проскурина О.В., Короткова О.Г., Рожкова А.М., Матыс В.Ю., Кошелев А.В., Окунев О.Н., Немашкалов В.А., Синицына О.А., Синицын А.П. // Катализ в промышленности. 2013. № 5. С. 65–73.Проскурина О.В., Короткова О.Г., Рожкова А.М., Матыс В.Ю., Кошелев А.В., Окунев О.Н., Немашкалов В.А., Синицына О.А., Синицын А.П. // Катализ в промышленности. 2013. № 5. С. 65–73.Saloheimo M., Nakari-Setala T., Tenkanen M. Penttila M. // European Journal of Biochemistry, 1997, No. 249, p .584–591.Saloheimo M., Nakari-Setala T., Tenkanen M. Penttila M. // European Journal of Biochemistry, 1997, No. 249, p .584–591.Clarke A.J. Biodegradation of cellulose. Enzymology and biotechnology, Technomic Publishing Company Inc., Lancaster, 1997.Clarke A.J. Biodegradation of cellulose. Enzymology and biotechnology, Technomic Publishing Company Inc., Lancaster, 1997.Schülein M. // J. Biotechnol., 1997, v. 57, p. 71 с 81.Schülein M. // J. Biotechnol., 1997, v. 57, p. 71 с 81.Tuohy M.G., Walsh D.J., Murray P.G., Claeyssens M., Cuffe M.M., Savage A.V., Coughlan M.P. Kinetic parameters and mode of action of the cellobiohydrolases produced by Talaromyces emersonii. Biochim. Biophys. Acta, 2002, v. 1596, p. 366 с 380.Tuohy M.G., Walsh D.J., Murray P.G., Claeyssens M., Cuffe M.M., Savage A.V., Coughlan M.P. Kinetic parameters and mode of action of the cellobiohydrolases produced by Talaromyces emersonii. Biochim. Biophys. Acta, 2002, v. 1596, p. 366 с 380.Короткова О.Г., Рожкова А.М., Матыс В.Ю., Кошелев А.В., Окунев О.Н., Немашкалов В.А., Синицына О.А., Правильников А.Г., Андрианов Р.М., Овешников И.Н., Давидов Е.Р., Синицын А.П. Получение комплексных биокатализаторов на основе ферментных препаратов из рекомбинантного гриба Penicillium verruculosum и их применение в гидролизе отходов деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности // Катализ в промышленности. 2011. № 5. С. 61–68.Короткова О.Г., Рожкова А.М., Матыс В.Ю., Кошелев А.В., Окунев О.Н., Немашкалов В.А., Синицына О.А., Правильников А.Г., Андрианов Р.М., Овешников И.Н., Давидов Е.Р., Синицын А.П. Получение комплексных биокатализаторов на основе ферментных препаратов из рекомбинантного гриба Penicillium verruculosum и их применение в гидролизе отходов деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности // Катализ в промышленности. 2011. № 5. С. 61–68.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.