Грибы модифицировали для усиления промышленных ферментов

Нитевидные грибы производят мощные ферменты, расщепляющие жесткий растительный материал, который можно использовать для биотоплива и других промышленных процессов. Однако ферменты часто работают слишком медленно для промышленного применения, а грибы сложно обрабатывать в лаборатории. Теперь ученые A*STAR изменили штамм гриба Aspergillus niger, чтобы улучшить его свойства.

Расщепление гемицеллюлозы — сложных углеводов в растительном материале — это критический и сложный этап в производстве ферментируемых сахаров для промышленных целей. Нитевидные грибы производят именно ту смесь ферментов, которая нужна для полного выполнения работы. Эти ферменты также мощнее, чем у других микроорганизмов, таких как бактерии или дрожжи, обычно используемых в промышленной микробной ферментации. Но ферментам грибов нужен «буст», говорит ведущий исследователь команды из Института химических и инженерных наук A*STAR Цзинь Чуань У.

«Структурная сложность гемицеллюлозы означает, что для ее полного гидролиза требуется синергетическое действие коктейля ферментов, — говорит У. — Поэтому крайне важно улучшить коктейль ферментов, производимых грибами».

У и его коллеги подвергли штамм A. niger γ-излучению, чтобы изменить его генетический материал в надежде повысить активность фермента β-1,4-эндоксиланазы, производимого грибом. Команда вырастила мутантные штаммы гриба на агаровых пластинах, экстрагировала фермент в виде пеллет из полученных различных грибных колоний, а затем протестировала скорость работы фермента.

Они отобрали наиболее эффективные грибные колонии и подвергли их еще одному раунду γ-облучения с впечатляющими результатами. Самый успешный мутант второго поколения производил ферменты, гидролизующие почти в два раза быстрее, чем исходные. Были и другие преимущества: мутантный штамм, названный A. niger DSM 28712, также образовывал меньше и более мелкие пеллеты, что облегчает работу с ним исследователям, а также делает его более подходящим для промышленного применения с использованием глубинного брожения, где ферменты используются в жидком субстрате.

«Это исследование показывает, что простое использование γ-излучения может значительно улучшить грибной штамм как по клеточной морфологии, так и по ферментативной активности, — говорит У. — Эти улучшения благоприятны для промышленного применения в гидролизе гемицеллюлозы для получения ферментируемых сахаров».

У ожидает интереса со стороны промышленности к этим ферментам, как только цена на сахара, произведенные из растительного материала, станет более конкурентоспособной.