Грибы для производства возобновляемой энергии

Эбру Алази «взломала» систему производства ферментов у гриба Aspergillus niger, чтобы упростить производство возобновляемой энергии. Она модифицировала гриб, заставив его производить больше пектиназ — ферментов, используемых в пищевой промышленности и для производства возобновляемой энергии, например, биотоплива.

Грибы, такие как Aspergillus niger, питаются растениями. Пектин — это полисахарид (длинная цепь сахаров), входящий в состав клеточной стенки растений и служащий пищей для грибов. Когда A. niger обнаруживает пектин, он производит ферменты пектиназы. Эти ферменты расщепляют пектин на более мелкие части, которые гриб может транспортировать в клетку и использовать для получения энергии. Этот факт был известен, но Алази выяснила механизм, лежащий в основе процесса.

Механизм регуляции

Алази обнаружила активатор GaaR — белок, активирующий экспрессию генов, кодирующих пектиназы. Грубо говоря, когда A. niger чувствует пектин, активируется GaaR. Также был найден репрессор GaaX. Когда гриб не обнаруживает пектин в среде, активируется GaaX, который деактивирует GaaR, и производство пектиназ останавливается. Третьим компонентом стала молекула-индуктор, вызывающая обильное производство пектиназ: 2-кето-3-дезокси-L-галактонат — катаболический продукт пектина.

«Моё исследование дало чёткие подсказки о точном механизме, поэтому наша гипотеза теперь такова: индуктор связывается с репрессором GaaX, так что тот больше не может ингибировать активатор GaaR, — объясняет Алази. — Таким образом, GaaR может начать активировать экспрессию генов, и производятся пектиназы».

Создание мутантных штаммов

Поняв механизм, Алази мутагенизировала гриб УФ-светом, чтобы выделить мутанты с уникальными свойствами производства пектиназ. У одного мутанта был обнаружен аллель GaaR, который не ингибируется репрессором GaaX.

«В норме репрессор GaaX инактивирует GaaR, поэтому A. niger не производит пектиназы, — говорит она. — Но при наличии индуктора он связывается с GaaX, активатор GaaR освобождается, и гриб начинает производить пектиназы».

Однако с этим аллелем присутствие индуктора не требуется: аллель GaaR автоматически активирует экспрессию генов пектиназ. Более того, были созданы мутанты, производящие больше активатора GaaR, чем обычно. Эти мутанты производили ещё больше пектиназ без необходимости присутствия индуктора.

Практическое применение

«Используя эти новые инженерные штаммы, мы можем производить пектиназы на любом источнике углерода, включая отходы сельского, лесного или пищевого производства. Это делает массовое производство пектиназ гораздо дешевле и устойчивее. А эти пектиназы затем можно использовать для производства возобновляемого биотоплива из растительной биомассы».