

Получение комплексных биокатализаторов на основе ферментных препаратов из рекомбинантного гриба Penicillium verruculosum и применение их в гидролизе отходов деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности
Аннотация
В настоящее время все больший интерес вызывает использование возобновляемой растительной биомассы для получения сбраживаемых сахаров, органических и аминокислот, которые можно трансформировать в разнообразные полезные продукты: полимеры, материалы для фармацевтической промышленности, пищевые и кормовые продукты. Превращение растительных полисахаридов в сбраживаемые сахара – одна из наиболее важных стадий в технологической цепочке биоконверсии целлюлозосодержащих отходов, протекающая под действием гидролитических ферментных биокатализаторов. Создание рекомбинантных штаммов P.verruculosum, продуцирующих целлюлазный комплекс с дополнительно увеличенной активностью β-глюкозидазы, а также ксиланазы является актуальной задачей на пути получения промышленных штаммов микроорганизмов продуцентов ферментов необходимых для высокоэффективной конверсии растительного сырья. В данной работе получены ферментные препараты, биокатализаторов процесса конверсии растительной биомассы в простые сахара, с увеличенной гетерологичной активностью экзо-1,4-β-глюкозидазы A.niger и эндо-1,4-β-ксиланазы P.canescens с использованием гистоновой системы экспрессии в рекомбинантном штамме P. Verruculosum; проведен анализ свойств новых ферментных препаратов; изучена осахаривающая способность этих препаратов при гидролизе измельченной осиновой и сосновой древесины, являющихся отходами деревообрабатывающей промышленности и отхода сельского хозяйства – багассы. Использование полученных ферментных препаратов имеет преимущество по сравнению с известными аналогами, поскольку составы новых биокатализаторов более сбалансированы, что позволяет достичь повышенного выхода сахаров без затрат на приготовление смешанных индивидуальных препаратов. Показано, что повышение уровня ксиланазной и β-глюкозидазной (целлобиазной) активностей в новых биокатализаторах приводит к 20–30 %-ному увеличению выхода восстанавливающих сахаров и глюкозы при гидролизе измельченного растительного сырья – сосновой и осиновой древесины, а также багассы. Полученные ферментные препараты имеют потенциальное практическое применение в деревообрабатывающей промышленности и сельском хозяйстве на стадии превращения полисахаридов клеточной стенки в сбраживаемые сахара, например, при производстве биобутанола. Целесообразность использования новых биокатализаторов состоит в более высокой эффективности осахаривания природных субстратов, достигаемой в результате сбалансированного компонентного состава ферментных препаратов. Мультиферментный комплекс новых биокатализаторов позволяет снизить дозировки ферментных препаратов в процессах гидролиза растительных отходов.
Об авторах
О. Г. КоротковаРоссия
А. М. Рожкова
Россия
В. Ю. Матыс
Россия
А. В. Кошелев
Россия
О. Н. Окунев
Россия
В. А. Немашкалов
Россия
О. А. Синицына
Россия
А. Г. Правильников
Россия
Р. М. Андрианов
Россия
И. Н. Овешников
Россия
Е. Р. Давидов
Россия
А. П. Синицын
Россия
Список литературы
1. Dashtban M., Schraft H. Fungal Biodegradation and Enzymatic Modification of Lignin// Int. J. of Biochemistry and Molecular Biology. 2010. V. 1. P. 36-50.
2. Zhang Y.-H., Himmel M., Mielenz J. Outlook for cellulase improvement: Screening and selection strategies// Biotech. Adv. 2006. V. 24. P. 452-481.
3. Castellanos O. F., Sinitsyn A. P., Vlasenko E. Yu. Comparative evaluation of hydrolytic efficiency toward microcrystalline cellulose of Penicillium and Trichoderma cellulases// Bioresource Technol. 1995. V. 52. P. 119-124.
4. Скомаровский А.А., Гусаков А.В., Окунев О.Н., Соловьева И.В., Бубнова Т.В., Кондратьева Е.Г., Синицын А.П. Гидролитическая способность ферментных препаратов из грибов родов Penicillium и Trichoderm// Прикл.биохимия и микробиология. 2005. N. 41. №2. C.210-212.
5. Скомаровский А.А., Марков А.В., Гусаков А.В., Кондратьева Е.Г., Окунев О.Н., Беккаревич А.О., Матыс В.Ю., Синицын А.П. Новые целлюлазы для высокоэффективного гидролиза лигноцеллюлозной биомассы// Прикл.биохимия и микробиология. 2006. Т. 42. №6. C.674-680.
6. Berlin A., Gilkes N., Kilburn D., Bura R., Skomarovsky A.A., Markov A.V., Okunev O.N., Gusakov A.V., Maximenko V., Gregg D., Sinitsyn A.P., Saddler J. Evaluation of novel fungal cellulases for ability to hydrolyze softwood substrates-evidence for the role of accessory enzymes// Enzyme Microb.Technol. 2005. V. 37. P.175-184.
7. Kurabi A., Berlin A., Gilkes N., Kilburn D., Bura R., Robinson J., Skomarovsky A.A., Markov A.V., Okunev O.N., Gusakov A.V., Dan X., Gregg D., Sinitsyn A.P., Saddler J. Enzymatic hydrolysis of steam-exploded and ethanol organosolv-pretreated Douglas fir by novel and commercial fungal cellulases// Appl.Biochem.Biotechnol. 2005. V.121-124. P.219-230.
8. Скомаровский А.А. Компонентный состав и гидролитичесвая способность ферментного комплекса Penicillium verruculosum: Автореф. канд. дисс, M.: Москва, 2006.
9. Aslanidis C. and de Jong J.P. Ligation-independent cloning of PCR products (LIC-PCR) // Nucl.Acids Research. 1990. V. 18, P. 6069–6075.
10. Belshaw N. P., Haigh N. M., Fish D. B. Archer A. Use of a histone H4 promoter to drive the expression of homologous and heterologous proteins by Penicillium funiculosum// Appl Microbiol Biotechnol. 2002. V. 60. P. 455–460.
11. Синицына О.А., Гусаков А.В., Окунев О.Н., Серебряный В.А., Вавилова Е.А., Винецкий Ю.П., Синицын А.П. Рекомбинантная эндо-β-1,4-ксиланаза Penicillium canescens// Биохимия. 2003. T. 68. №12. C.1631-1638.
12. Патент РФ 2288267, зарегистрирован в 2006 г.
13. James P. Proteome research: mass spectrometry// Springer-Verlag, Berlin, 2001.
14. Синицын А.П., Черноглазое В.М., Гусаков А.В. // Методы исследования и свойства целлюлолитических ферментов. М.: ВИНИТИ, 1990. т. 25. c. 30–37.
15. Короткова О.Г., Семенова М.В., Морозова В.В., И.Н.Зоров И.Н., Соколова Л.М., Бубнова Т.М., Окунев О.Н., Синицын А.П. Выделение и свойства грибных β-глюкозидаз// Биохимия. 2009. Т.74. № 5. С.699-70.
16. Березин К.В., Рабинович М.Л., Синицын А.П. // Биохимия. 1977. т. 42. № 9. с. 1631–1636.
17. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К.// Справочник биохимика. М.: Мир, 1991. C. 461.
Рецензия
Для цитирования:
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 применение их в гидролизе отходов деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности. Катализ в промышленности. 2011;(5):61-68.
For citation:
Korotkova O.G., Rozhkova A.M., Matys V.Yu., Koshelev A.V., Okunev O.N., Nemashkalov V.A., Sinitsyna O.A., Pravilnikov A.G., Andrianov P.M., Oveshnikov I.N., Davidov E.R., Sinitsyn A.P. Preparation of complex biocatalysts on the basis of enzyme specimens of recombinant fungal Penicillium verruculosum and their application in the hydrolysis of wood and agricultural industries waste. Kataliz v promyshlennosti. 2011;(5):61-68. (In Russ.)