catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2016-5-83-88catal-370Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISПовышение эффективности биоконверсии растительного сырья под действием внеклеточного белка рекомбинантных штаммов Penicillium canescensImprovement of the Efficiency of Bioconversion of Plant Materials under the Action of Mutant Strains of Cellulases Penicillium verruculosumДоценкоА. С.DotsenkoA. S.ctls@kalvis.ruРожковаА. М.RozhkovaA. M.ctls@kalvis.ruГусаковА. В.GusakovA. V.ctls@kalvis.ruСиницынА. П.SinitsynA. P.ctls@kalvis.ruФИЦ Биотехнологии РАН, г. Москва; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)FRC Biotechnologies, Moscow; Moscow State UniversityФИЦ Биотехнологии РАН, г. МоскваРоссияFRC Biotechnologies, MoscowRussian Federation2016101020161658388Copyright © LLC "KALVIS", 20162016LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/370

Растительная биомасса является основным видом органической материи на Земле. Эффективность биокаталитической конверсии растительного сырья определяет стоимость его биотехнологической переработки в коммерчески значимые продукты (органические спирты и кислоты, углеводы и углеводороды). Нами получены новые рекомбинантные штаммы Penicillium canescens, продуцирующие кроме собственного ферментного комплекса гетерологичные целлюлазы (мутантные и немутантные целлобиогидролазу I (ЦБГI) и эндоглюканазу II (ЭГII) P. verruculosum). Ферментные смеси (ФС), полученные на основе рекомбинантных штаммов P. canescens, оказались более активными при гидролизе измельченной древесины осины. Выход глюкозы и восстанавливающих сахаров через 24–72 ч гидролиза под действием ФС, полученных на основе рекомбинантных штаммов, оказался соответственно на 48–52 и 60–64 % выше по сравнению с ФС, полученной на основе исходного штамма-реципиента. Таким образом, введение сайт-специфических мутаций N45A и N194A, направленных на частичное снятие поверхностного гликозилирования, привело к существенному росту целевой ЦБГI и ЭГII соответственно.

Plant biomasses are the predominant organic material on Earth. The efficiency of biocatalytic conversion of the plant materials is determined by the cost of their biotechnological processing to valuable commercial products (organic alcohols and acids, carbohydrates and hycrocarbons). The obtained recombinant strains Penicillium canescens produce, apart from their own enzymatic complex, heterological cellulases (mutant and non-mutant cellobiohydrolase I (CBHI) and endoglucanase II (EGII) P. verruculosum). Enzymatic agents (EA) prepared from recombinant strains P. canescens were more active to hydrolysis of crushed aspen wood. The yields of glucose and reducing sugars after 24–72 hour hydrolysis under the action of EA prepared from the recombinant strains were higher by на 48–52 % and 60–64 %, respectively, than under the action of EA prepared from the initial strainrecipient. Thus, introduction of site-specific mutations N45A and N194A for partial inhibition of the surface glycosilation led to a considerable increase in the yields of target CBHI and EGII.

биоконверсиярастительное сырьеферментные смесицеллюлазырекомбинантные штаммыPenicilliumbioconversionplant resourcesenzymatic agentscellulasesrecombinant strainsPenicilliumReferencesBungay H.R. // Energy: the biomass options. Wiley and Sons, New York. 1981.Bungay H.R. // Energy: the biomass options. Wiley and Sons, New York. 1981.Bioprocessing of renewable resources to commodity bioproducts, First edition / Edited by V.S. Bisaria and A. Kondo. Wiley and Sons, New York. 2014.Bioprocessing of renewable resources to commodity bioproducts, First edition / Edited by V.S. Bisaria and A. Kondo. Wiley and Sons, New York. 2014.Sticklen M. // Curr. Opin. Biotechnol. 2006. Vol. 17. P. 315-319.Sticklen M. // Curr. Opin. Biotechnol. 2006. Vol. 17. P. 315-319.From the Sugar Platform to biofuels and biochemical. Final report for the European Commission Directorate-General Energy N° ENER/C2/423-2012/SI2.673791, April 2015.From the Sugar Platform to biofuels and biochemical. Final report for the European Commission Directorate-General Energy N° ENER/C2/423-2012/SI2.673791, April 2015.Kumar R., Singh S., Singh O.V. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2008. Vol. 35. N 5. P. 377-391.Kumar R., Singh S., Singh O.V. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2008. Vol. 35. N 5. P. 377-391.Чекушина А.В., Доценко Г.С., Синицын А.П. // Катализ в промышленности. 2012. № 6. С. 68–76 DOI: 10.1134/S2070050413010042.Чекушина А.В., Доценко Г.С., Синицын А.П. // Катализ в промышленности. 2012. № 6. С. 68–76 DOI: 10.1134/S2070050413010042.Martins L.F., Kolling D., Camassola M., Dillion A.J., Ramos L.P. // Biores. Technol. 2008. V. 99. P. 1417-1424.Martins L.F., Kolling D., Camassola M., Dillion A.J., Ramos L.P. // Biores. Technol. 2008. V. 99. P. 1417-1424.Ikeda Y., Hayashi H., Okuda N., Park E.Y. // Biotechnol. Prog. 2007. V. 23. P. 333-338.Ikeda Y., Hayashi H., Okuda N., Park E.Y. // Biotechnol. Prog. 2007. V. 23. P. 333-338.Biotechnology for Agro-Industrial Residues Utilisation / Ed. by P. Nigam, A. Pandley. Springer Science, 2009. 466 p.Biotechnology for Agro-Industrial Residues Utilisation / Ed. by P. Nigam, A. Pandley. Springer Science, 2009. 466 p.Illanes A., Cauerhff A., Wilson L., Castro G.R. // Bioresour. Technol. 2012. Vol. 115. P. 48-57.Illanes A., Cauerhff A., Wilson L., Castro G.R. // Bioresour. Technol. 2012. Vol. 115. P. 48-57.Gusakov A.V., Sinitsyn A.P. // Biofuels. 2012. Vol. 3. N 4. P. 463-477.Gusakov A.V., Sinitsyn A.P. // Biofuels. 2012. Vol. 3. N 4. P. 463-477.Dotsenko A.S., Gusakov A.V., Volkov P.V., Rozhkova A.M., Sinitsyn A.P. // Biotechnol. Bioeng. 2016. V.113. N 2. P. 283-291.Dotsenko A.S., Gusakov A.V., Volkov P.V., Rozhkova A.M., Sinitsyn A.P. // Biotechnol. Bioeng. 2016. V.113. N 2. P. 283-291.Dotsenko A., Gusakov A., Rozhkova A., Sinitsyna O., Nemashkalov V., Sinitsyn A. Effect of N-linked glycosylation on the activity and other properties of recombinant endoglucanase IIa (Cel5A) from Penicillium verruculosum // Protein Eng. Des. Sel., in press, doi: 10.1093/protein/gzw030.Dotsenko A., Gusakov A., Rozhkova A., Sinitsyna O., Nemashkalov V., Sinitsyn A. Effect of N-linked glycosylation on the activity and other properties of recombinant endoglucanase IIa (Cel5A) from Penicillium verruculosum // Protein Eng. Des. Sel., in press, doi: 10.1093/protein/gzw030.Aslanidis C., J. de Jong P. // Nucleic Acids Research. 1990. Vol. 18. P. 6069-6075.Aslanidis C., J. de Jong P. // Nucleic Acids Research. 1990. Vol. 18. P. 6069-6075.Sinitsyn A.P., Rozhkova A.M. Penicillium canescens host as the platform for development of a new recombinant strain producers of carbohydrases. In: Kamm B., editor. Microorganisms in Biorefineries. Berlin: Springer-Verlag, 2015. p. 1-19.Sinitsyn A.P., Rozhkova A.M. Penicillium canescens host as the platform for development of a new recombinant strain producers of carbohydrases. In: Kamm B., editor. Microorganisms in Biorefineries. Berlin: Springer-Verlag, 2015. p. 1-19.Aleksenko A.Y., Makarova N.A., Nikolaev I.V., Clutterbuck A.J. // Curr. Genet. 1995. Vol. 28. N 5. P. 474-477.Aleksenko A.Y., Makarova N.A., Nikolaev I.V., Clutterbuck A.J. // Curr. Genet. 1995. Vol. 28. N 5. P. 474-477.Nelson N.A. // J. Biol. Chem. 1944. Vol. 153. P. 375-380.Nelson N.A. // J. Biol. Chem. 1944. Vol. 153. P. 375-380.Somogyi M. // J. Biol. Chem. 1952. V. 195. P. 19-23.Somogyi M. // J. Biol. Chem. 1952. V. 195. P. 19-23.Peterson G.L. // Anal. Biochem. 1979. Vol. 100. N 2. P. 201-220.Peterson G.L. // Anal. Biochem. 1979. Vol. 100. N 2. P. 201-220.Morozova V.V., Gusakov A.V., Andrianov R.M., Pravilnikov A.G., Osipov D.O., Sinitsyn A.P. // Biotechnol. J. 2010. V. 5. N 8. P. 871-880.Morozova V.V., Gusakov A.V., Andrianov R.M., Pravilnikov A.G., Osipov D.O., Sinitsyn A.P. // Biotechnol. J. 2010. V. 5. N 8. P. 871-880.Чекушина А.В., Доценко Г.С., Кондратьева Е.Г., Синицын А.П. // Биотехнология. 2013. № 3. С. 58–68Чекушина А.В., Доценко Г.С., Кондратьева Е.Г., Синицын А.П. // Биотехнология. 2013. № 3. С. 58–68Чекушина А.В., Доценко Г.С., Кондратьева Е.Г., Синицын А.П. // Биотехнология. 2013. № 3. С. 69–80Чекушина А.В., Доценко Г.С., Кондратьева Е.Г., Синицын А.П. // Биотехнология. 2013. № 3. С. 69–80Smirnova I.A., Sereda A.S., Kostyleva E.V., Tsurikova N.V., Bushina E.V., Rozhkova A.M., Sinitsyn A.P. // Appl. Biochem. Microbiol. 2015. V. 51. N. 6. P. 660-666.Smirnova I.A., Sereda A.S., Kostyleva E.V., Tsurikova N.V., Bushina E.V., Rozhkova A.M., Sinitsyn A.P. // Appl. Biochem. Microbiol. 2015. V. 51. N. 6. P. 660-666.Clarke A.J. Biodegradation of cellulose. Enzymology and biotechnology. Lancaster: Technomic Publishing Company Inc., 1997. 272 p.Clarke A.J. Biodegradation of cellulose. Enzymology and biotechnology. Lancaster: Technomic Publishing Company Inc., 1997. 272 p.Teeri T.T. // Trends Biotechnol. 1997. V. 15. P. 160-167.Teeri T.T. // Trends Biotechnol. 1997. V. 15. P. 160-167.Woods T.M., McCrae S.I., Bhat K.M. // Biochem. J. 1989. Vol. 260. P. 37-43.Woods T.M., McCrae S.I., Bhat K.M. // Biochem. J. 1989. Vol. 260. P. 37-43.Polizeli M.L., Rizzatti A.C.S., Monti R., Terenzy H.F., Jorge J.A., Amorim D.S. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2005. Vol. 67. P. 577-591.Polizeli M.L., Rizzatti A.C.S., Monti R., Terenzy H.F., Jorge J.A., Amorim D.S. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2005. Vol. 67. P. 577-591.Berlin A., Maximenko V., Gilkes N., Saddler J. // Biotechnol. Bioeng. 2007. V. 97. P. 287-296.Berlin A., Maximenko V., Gilkes N., Saddler J. // Biotechnol. Bioeng. 2007. V. 97. P. 287-296.Wieczorek A.S., Biot-Pelletier D. and Martin V.J.J. Recombinant cellulase and cellulosome systems. In: Prof. John Kadla, editor. Cellulose - biomass conversion. InTech. 2013. DOI: 10.5772/54225. Available from: http://www.intechopen.com/books/.Wieczorek A.S., Biot-Pelletier D. and Martin V.J.J. Recombinant cellulase and cellulosome systems. In: Prof. John Kadla, editor. Cellulose - biomass conversion. InTech. 2013. DOI: 10.5772/54225. Available from: http://www.intechopen.com/books/.Проскурина О.В., Короткова О.Г., Рожкова А.М., Матыс В.Ю., Кошелев А.В., Окунев О.Н., Немашкалов В.А., Синицына О.А., Ревин В.В., Синицын А.П. // Катализ в промышленности. 2013. № 6. С. 73–80 DOI: 10.1134/S2070050414010085.Проскурина О.В., Короткова О.Г., Рожкова А.М., Матыс В.Ю., Кошелев А.В., Окунев О.Н., Немашкалов В.А., Синицына О.А., Ревин В.В., Синицын А.П. // Катализ в промышленности. 2013. № 6. С. 73–80 DOI: 10.1134/S2070050414010085.http://www.nrel.gov/.http://www.nrel.gov/.Li D.C., Li A.N., Papageorgiou A.C. // Enzyme Research. 2012. doi: 10.4061/2011/308730.Li D.C., Li A.N., Papageorgiou A.C. // Enzyme Research. 2012. doi: 10.4061/2011/308730.

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