Растительная биомасса является основным видом органической материи на Земле. Целлюлоза растительной биомассы может быть конвертирована ферментативным путем в глюкозу, из которой, далее, можно получать разные виды топлива (этанол, бутанол и др.), этилен, органические и аминокислоты, полимеры, кормовой белок и многие другие полезные продукты. Для биоконверсии целлюлозосодержащего сырья в глюкозу требуются гидролитические ферменты трех типов: эндоглюканазы, целлобиогидролазы и β-глюкозидазы, а также оксидоредуктазы (полисахаридмонооксигеназы). 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: полисахаридмонооксигеназы (эндоглюканазы IV) Trichoderma reesei , эндоглюканазы II и целлобиогидролазы I P. verruculosum , а также β-глюкозидазы Aspergillus nige r. Определено оптимальное соотношение компонентов целлюлазного комплекса для увеличения эффективности ферментативной деструкции целлюлозы, достигнуто (до двух раз) увеличение каталитической активности ферментных препаратов, полученных с помощью новых рекомбинантных штаммов-продуцентов, по сравнению с базовым ферментным комплексом исходного штамма P. verruculosum.
целлюлазы, возобновляемая растительная биомасса, ферментативная конверсия целлюлозы, генетическая инженерия
1. Bioprocessing of renewable resources to commodity bioproducts. First edition. Wiley and Sons, ed. V.S.Bisaria, A. Kondo, New York, 2014.
2. From the Sugar Platform to biofuels and biochemical. Final report for the European Commission Directorate-General Energy, April 2015, 136 p.
3. Gusakov A.V., Sinitsyn A.P. Depolymerization of natural biopolymers. Enzymatic hydrolysis of cellulose. Chemistry of biomass: biofuels and bioplastics, Moscow, 2017, pp. 65-69.
4. Jung K., Hee J.L., In-Geol C., Kyoung Hean K. Synergistic proteins for the enhanced enzymatic hydrolysis of cellulose by cellulose. Appl.Microbiol.Biotechnol, 17 August, 2014, epub, DOI:https://doi.org/10.1007/s00253-014-6001-3.
5. 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. Stimulation of lignocellulosic biomass hydrolysis by proteins of glycoside hydrolase Family 61: structure and function of large, enzymatic family. Biochemistry, 2010, vol. 49, pp. 3305-3316.
6. Skomarovsky A.A., Gusakov A.V., Okunev O.N., Soloveva I.V., Bubnova T.V., Kondrateva E.G., Synitsyn A.P. Studies of hydrolytic activity of enzyme preparation of Penicillium and Trichoderma fungi. Appl.Biochem.Microbiol, 2005, vol. 41, pp. 182-184.
7. Martins L.F., Kolling D., Camassola M., Dillon A.J., Ramos L.P. Comparison of Penicillium echinulatum and Trichoderma reesei cellulases in relation to their activity against various cellulosic substrates. Bioresource Technol., 2008, vol. 99, pp. 1417-1424.
8. Dotsenko G.S., Gusakov A.V., Rozhkova A.M., Korotkoba O.G., Sinitsyn A.P. Heterologous β-glucosidase in a fungal cellulase system: comparison of different methods for development of multienzyme cocktail. Process Biochemistry, 2015, vol. 50, pp. 1258-1263.
9. Sinitsyn A.P., Osipov D.O., Rozhkova A.M., Bushina E.V., Dotsenko G.S., Sinitsyna O.A., Kondratieva E.G., Zorov I.N., Okunev O.N., Nemashkalov V.A., Matys V.Yu., Koshelev A.V. Production of highly effective enzyme complexes of cellulases and hemicellulases for the hydrolysis of plant materials based on the strain Penicillium verruculosum. Biotechnologia, 2013, no. 5, pp. 40-53.
10. Proskurina O.V., Korotkova O.G., Rozhkova A.M., Matys V.Yu., Koshelev A.V., Okunev O.N., Nemashkalov V.A., Sinitsyna O.A., Sinitsyn A.P. The use of technology "fusion" to create high-performance biocatalysts, based on recombinant strains of the fungus Penicillium verruculosum for the conversion of biomass cellulose containing biomass. Catalysis in Industry, 2013, no. 5, pp. 65-73.
