catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2017-5-407-413catal-440Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISИспользование индуцибельного промотора гена глюкоамилазы для получения новых мультиферментных комплексов Penicillium verruculosumThe Application of the Inducible Promoter of Glucoamylase Gene for Preparation of New Multienzyme Complexes Penicillium verruculosumСиницынА. П.SinitsynA. P.ctls@kalvis.ruВолковП. В.VolkovP. V.ctls@kalvis.ruРубцоваЕ. А.RubtsovaE. A.ctls@kalvis.ruШашковИ. А.ShashkovI. A.ctls@kalvis.ruРожковаА. М.RozhkovaA. M.ctls@kalvis.ruСиницынаО. А.SinitsynaO. A.ctls@kalvis.ruКондратьеваЕ. Г.KondratievaE. G.ctls@kalvis.ruЗоровИ. Н.ZorovI. N.ctls@kalvis.ruСатрутдиновА. Д.SatrudinovA. D.ctls@kalvis.ruМерзловД. А.MerzlovD. A.ctls@kalvis.ruМатысВ. Ю.MatysV. J.ctls@kalvis.ruМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ); ВНИИПБТ – филиал ФИЦ питания и биотехнологии РАН, Москва; ФИЦ Биотехнологии РАН, МоскваРоссияLomonosov Moscow State University (MSU); VNIIPBT, Affiliate of the Federal Research Center of Nutrition and Biotechnology, Moscow; Federal Research Center of Biotechnology, MoscowRussian FederationФИЦ Биотехнологии РАН, МоскваРоссияFederal Research Center of Biotechnology, MoscowRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)РоссияLomonosov Moscow State University (MSU)Russian FederationМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ); ФИЦ Биотехнологии РАН, МоскваРоссияLomonosov Moscow State University (MSU); Federal Research Center of Biotechnology, MoscowRussian FederationИнститут биохимии и физиологии микроорганизмов РАН (ИБФМ РАН), ПущиноРоссияInstitute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, Pushchino, Moscow regionRussian Federation201715092017175407413Copyright © LLC "KALVIS", 20172017LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/440

С использованием новой плазмидной конструкции на основе индуцибельного промотора гена глюкоамилазы (gla1) были созданы новые рекомбинантные штаммы Penicillium verruculosum, секретирующие гетерологичную ксиланазу Е (КсилЕ) P. canescens. Получены новые биокатализаторы, представляющие собой целлюлолитические ферментные препараты (ФП), обогащённые КсилЕ. Содержание КсилЕ в рекомбинантных ФП варьируется в оптимальных пределах 11–24 % от общего пула белка при сохранении (в целом) целлюлазного ком-плекса P. verruculosum. Гидролитическая активность новых ФП по отношению к полимерам растительных субстратов превосходила таковую для ФП, полученных при использовании других систем экспрессии и коммерческих препаратов. Так, новые ФП glaX-17 на 13 % превосходили контрольный ФП реципиентного штамма по эффективности гидролиза осиновой древесины и на 20 % были более эффективны по сравнению с коммерческим ФП Accelerase Duet. При гидролизе пшеничных отрубей новые ФП glaX-17 были на 35–43 % эффективнее контрольного ФП и на 25 % превосходили коммерческий ФП Accelease Duet. В данной работе показана эффективность использования нового gla1 промотора при получении ФП (биокатализаторов) с сохранением сбалансированного целлюлазного комплекса штамма и оптимальным выходом гетерологичной КсилЕ, необходимых для глубокого гидролиза ксилансодержащей растительной биомассы.

A new plasmid construction based on the inducible promoter of glucoamylase gene (gla1) was used for the obtaining of new recombinant strains Penicillium verruculosum that secrete heterological xylanase E (XylE) P. canescens. New biocatalysts were developed which are XylEenriched cellulolytic enzyme preparations (EP). The content of XylE in recombinant EP varied within the optimal range from 11 to 24 % of the general protein pool at the preservation (in total) of the cellulase complex P. verruculosum. In comparison to EP prepared using the other expression systems and commercial preparations, the new EP demonstrated a higher hydrolytic activity with respect to polymers of plant substrates. For example, the efficiency of new EP glaX-17 to hydrolysis of aspenwood was higher by 13 % than that of the control EP agent and by 20 % than that of the commercial EP Accelerase Duet. In hydrolysis of wheat bran, glaX-17 was 35–43 % and 25 % more efficient than the control EP and the commercial EP Accelerase Duet, respectively. The efficiency of the new gla1 promoter for the production of EP (biocatalysts) at the preserved balanced cellulase complex of the strain and optimal yield of heterological XylE (that are necessary for complete hydrolysis of xylan-containing plant biomass) was demonstrated.

кормовые ферментные препаратыферментативный гидролизглюкоамилазный промоторбиокатализаторыксиланазаплазмидные конструкцииPenicillium verruculosumfeed enzyme preparationsenzymatic hydrolysisglucoamylase promoterprotein inhibitorsbiocatalystsxylanaseplasmidsPenicillium verruculosumReferencesBalat M. // Energy Conversion and Management. 2011. Vol. 52. P. 858—875.Balat M. // Energy Conversion and Management. 2011. Vol. 52. P. 858—875.Adsul. M.G., Singhvi M.S., Gaikaiwari S.A., Gokhale D.V. // Bioresource Technology. 2011. Vol. 102. P. 4304—4312.Adsul. M.G., Singhvi M.S., Gaikaiwari S.A., Gokhale D.V. // Bioresource Technology. 2011. Vol. 102. P. 4304—4312.Bauer S., Vasu P., Persson S., Mort A., Somerville C. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006; 103(30): 11417—11422.Bauer S., Vasu P., Persson S., Mort A., Somerville C. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006; 103(30): 11417—11422.Pragya Tiwari, Misra B.N., Neelam S. Sangwan // BioMed Research International, 2013, Article ID 203735, 10 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2013/203735.Pragya Tiwari, Misra B.N., Neelam S. Sangwan // BioMed Research International, 2013, Article ID 203735, 10 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2013/203735.J.A. Teixeira, D.B. Gonc¸alves, M.V. de Queiroz and E.F. de Araujo // Journal of Applied Microbiology. 2011. 111. 818—825.J.A. Teixeira, D.B. Gonc¸alves, M.V. de Queiroz and E.F. de Araujo // Journal of Applied Microbiology. 2011. 111. 818—825.Liwei Gao , Zhonghai Li, Chengqiang Xia, Yinbo Qu, Meng Liu, Piao Yang, Lele Yu and Xin Song // Biotechnol Biofuels (2017) 10:100, DOI 10.1186/s13068-017-0783-3.Liwei Gao , Zhonghai Li, Chengqiang Xia, Yinbo Qu, Meng Liu, Piao Yang, Lele Yu and Xin Song // Biotechnol Biofuels (2017) 10:100, DOI 10.1186/s13068-017-0783-3.Соловьева И.В., Окунев О.Н., Вельков В.В., Кошелев А.В., Бубнова Т.В., Кондратьева Е.Г., Скомаровский А.А., Синицын А.П // Микробиология. 2005. Т .74. С. 1—7.Соловьева И.В., Окунев О.Н., Вельков В.В., Кошелев А.В., Бубнова Т.В., Кондратьева Е.Г., Скомаровский А.А., Синицын А.П // Микробиология. 2005. Т .74. С. 1—7.Синицын А.П., Осипов Д.О., Рожкова А.М., Бушина Е.В., Доценко Г.С., Синицына О.А., Кондратьева Е.Г., Немашкалов В.А., Матыс В.Ю., Кошелев А.В., Окунев О.Н. // Биотехнология. 2013. № 5. С. 50—53.Синицын А.П., Осипов Д.О., Рожкова А.М., Бушина Е.В., Доценко Г.С., Синицына О.А., Кондратьева Е.Г., Немашкалов В.А., Матыс В.Ю., Кошелев А.В., Окунев О.Н. // Биотехнология. 2013. № 5. С. 50—53.Ilmén M., Saloheimo A., Onnela M., Penttilä M. // Applied and Environmental Microbiology. 1997. Vol. 63. P. 1298—1306.Ilmén M., Saloheimo A., Onnela M., Penttilä M. // Applied and Environmental Microbiology. 1997. Vol. 63. P. 1298—1306.Правильников А.Г. Дис. … канд. хим. наук. М.: Изд-во МГУ, 2012. 104 с.Правильников А.Г. Дис. … канд. хим. наук. М.: Изд-во МГУ, 2012. 104 с.Мерзлов Д.А., Зоров И.Н., Доценко Г.С., Денисенко Ю.А., Рожкова А.М., Сатрутдинов А.Д., Рубцова Е.А., Кондратьева Е.Г, Синицын А.П. // Биохимия. 2015. Т. 80. Вып. 4. С. 556—567.Мерзлов Д.А., Зоров И.Н., Доценко Г.С., Денисенко Ю.А., Рожкова А.М., Сатрутдинов А.Д., Рубцова Е.А., Кондратьева Е.Г, Синицын А.П. // Биохимия. 2015. Т. 80. Вып. 4. С. 556—567.Volkov P.V., Rozhkova A.M., Gusakov A.V., Zorov I.N., Sinitsyn A.P. // Biochimie. 2015. Vol. 110. P. 45—51.Volkov P.V., Rozhkova A.M., Gusakov A.V., Zorov I.N., Sinitsyn A.P. // Biochimie. 2015. Vol. 110. P. 45—51.Bulakhov A.G., Volkov P.V., Rozhkova A.M., Gusakov A.V., Nemashkalov V.A., Sinitsyn A.P. PLOS ONE, 2017 Jan 20;12(1): e0170404. doi: 10.1371/journal.pone.0170404. eCollection 2017.Bulakhov A.G., Volkov P.V., Rozhkova A.M., Gusakov A.V., Nemashkalov V.A., Sinitsyn A.P. PLOS ONE, 2017 Jan 20;12(1): e0170404. doi: 10.1371/journal.pone.0170404. eCollection 2017.Pisanelli I., Kujawa M., Gschnitzer D., Spadiut O., Seiboth B., Peterbauer C. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 86(2). P. 599—606.Pisanelli I., Kujawa M., Gschnitzer D., Spadiut O., Seiboth B., Peterbauer C. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 86(2). P. 599—606.Inoue H., Fujii T., Yoshimi M., Taylor L., Decker S., Kishishita S., Nakabayashi M., Ishikawa K. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2013 Aug; 40(8). P. 823—30.Inoue H., Fujii T., Yoshimi M., Taylor L., Decker S., Kishishita S., Nakabayashi M., Ishikawa K. // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2013 Aug; 40(8). P. 823—30.N. Nelson // J. Biol. Chem. 1944. Vol. 153. P. 375—379.N. Nelson // J. Biol. Chem. 1944. Vol. 153. P. 375—379.M. Somogyi // J. Biol. Chem. 1952. Vol. 195. P. 19—23.M. Somogyi // J. Biol. Chem. 1952. Vol. 195. P. 19—23.Синицын А.П., Черноглазов В.М., Гусаков А.В. Методы изучения и свойства целлюлолитических ферментов. Итоги науки и техники. Сер. Биотехнология. М.: ВИНИТИ, 1990. 290 с.Синицын А.П., Черноглазов В.М., Гусаков А.В. Методы изучения и свойства целлюлолитических ферментов. Итоги науки и техники. Сер. Биотехнология. М.: ВИНИТИ, 1990. 290 с.Peterson G.L. // Analytical Biochemistry. 1979. Vol. 100(2). P. 201—220.Peterson G.L. // Analytical Biochemistry. 1979. Vol. 100(2). P. 201—220.Aleksenko A.Y., Makarova N.A., Nikolaev I.V., Clutterbuch A.J. // Current Genetic. 1995. Vol. 28. P. 474—478.Aleksenko A.Y., Makarova N.A., Nikolaev I.V., Clutterbuch A.J. // Current Genetic. 1995. Vol. 28. P. 474—478.Синицын А.П., Рубцова Е.А., Шашков И.А, Рожкова А.М., Синицына О.А., Кондратьева Е.Г., Зоров И.Н., Мерзлов Д.А., Осипов Д.О., Матыс В.Ю. // Катализ в промышленности. 2017. № 4. С. 331—338.Синицын А.П., Рубцова Е.А., Шашков И.А, Рожкова А.М., Синицына О.А., Кондратьева Е.Г., Зоров И.Н., Мерзлов Д.А., Осипов Д.О., Матыс В.Ю. // Катализ в промышленности. 2017. № 4. С. 331—338.Yoji H., Katsuhiko K., Katsuya G., Chieko K., Gakuzo T. // Curr Genet. 1992. Vol. 22. P. 89—91.Yoji H., Katsuhiko K., Katsuya G., Chieko K., Gakuzo T. // Curr Genet. 1992. Vol. 22. P. 89—91.Gabrielii I., Gatenholm P., Glasser W.G., Jain R.K., Kenne L. // Carbohydrate Polymers. 2000. Vol. 43. P. 367—374.Gabrielii I., Gatenholm P., Glasser W.G., Jain R.K., Kenne L. // Carbohydrate Polymers. 2000. Vol. 43. P. 367—374.Sun R.C., Tomkinson J., Wang Y.X., Xiao B. // Polymer. 2000. Vol. 41. P. 2647—2656.Sun R.C., Tomkinson J., Wang Y.X., Xiao B. // Polymer. 2000. Vol. 41. P. 2647—2656.

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