Оптимизация состава целлюлазного ферментного комплекса Penicillium verruculosum: увеличение гидролитической способности с помощью методов генетической инженерии

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.

1. Sánchez Ó.J., Cardona C.A. // Bioresource Technol, 2008, v. 99, p. 5270–5295.

2. 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.

3. Carmen S. // Biotechnol. Advances, 2009, v. 27, p. 185–194.

4. Menon V., Rao M. // Progress in Energy and Combustion Science, 2012, v. 38, p. 522–550.

5. Gusakov A.V. // Trends in Biotechnology, 2011, v. 29, p. 419–425.

6. 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.

7. Martins L.F., Kolling D., Camassola M., Dillon A.J., Ramos L.P. // Bioresource Technol., 2008, v. 99, p. 1417–1424.

8. 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.

9. Синицын А.П., Черноглазов В.М., Гусаков А.В. Методы исследования и свойства целлюлолитических ферментов. М.: ВИНИТИ, 1990. т. 25. c. 30–37.

10. Gincy M.M., Rajeev K.S., Reeta R.S., Ashok P. // Journal of Scientific & Industrial Research, 2008, No 67, p. 898–907.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Saloheimo M., Nakari-Setala T., Tenkanen M. Penttila M. // European Journal of Biochemistry, 1997, No. 249, p .584–591.

15. Clarke A.J. Biodegradation of cellulose. Enzymology and biotechnology, Technomic Publishing Company Inc., Lancaster, 1997.

16. Schülein M. // J. Biotechnol., 1997, v. 57, p. 71 с 81.

17. 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.

18. 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.