Получение высокоэффективных ферментных комплексов целлюлаз и гемицеллюлаз для гидролиза растительного сырья на основе штамма Penicillium verruculosum

Автор: А.П. Синицын, Д.О. Осипов, А.М. Рожкова, Е.В. Бушина, Г.С. Доценко, О.А. Синицына, Е.Г. Кондратьева, И.Н. Зоров, О.Н. Окунев, В.А. Немашкалов, В.Ю. Матыс, А.В.Кошелев

Страница: 40-53

Получение высокоэффективных ферментных комплексов целлюлаз и гемицеллюлаз для гидролиза растительного сырья на основе штамма Penicillium verruculosum

Биотехнология, 2013, № 5, С. 40-53

УДК 577.152, 577.113, 579.252

Раздел:  «Продуценты, биология, селекция, генетическая инженерия»

А.П. Синицын ^{1, 2},  Д.О. Осипов ¹,  А.М. Рожкова ^{1, 2},  Е.В. Бушина ¹,  Г.С. Доценко ^{1, *},  О.А. Синицына ^{1, 2},  Е.Г. Кондратьева ¹,  И.Н. Зоров ^{1, 2},  О.Н. Окунев ³,  В.А. Немашкалов ³,  В.Ю. Матыс ³,  А.В.Кошелев ³

¹  ФГБУН «Институт биохимии им. А.Н. Баха» РАН,  Москва, 119071

²  Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова,  Москва, 119991

³  ФГБУН «Институт биохимии и физиологии микроорганизмов» РАН,  Пущино, Московская обл., 142292

e-mail:  gsdotsenko@gmail.com

Разработаны методы получения и анализа свойств целлюлазных и гемицеллюлазных ферментных препаратов различного компонентного состава, имеющих в основе карбогидразный комплекс Penicillium verruculosum и предназначенных для эффективного гидролиза различных видов целлюлозосодержащих материалов (ЦСМ). Созданы новые рекомбинантные штаммы P. verruculosum, продуцирующие мультиферментные комплексы карбогидраз с увеличенной активностью целлюлаз (за счет экспрессии эндо-β-1,4-глюканаз I и IV и целлобиогидролазы II Trichoderma reesei), а также гемицеллюлаз (за счет экспрессии эндо-β-1,4-ксиланаз P. canescens и T. reesei и эндо-β-1,4-маннаназы T. reesei). Изучена гидролитическая способность ферментных препаратов (ФП), полученных с помощью новых рекомбинантных штаммов, в ходе длительного гидролиза ими трех видов различных ЦСМ (измельченной осины, измельченной обессмоленной сосны и измельченной багассы). Показано, что наибольшей гидролитической способностью, превышающей таковую для исходного ФП из штамма P. verruculosum, обладают те новые ФП, в которых как присутствуют рекомбинантные белки, так и сохраняется собственный базовый целлюлазный комплекс. Рекомбинантные ферментные препараты характеризовались высокой стабильностью; оптимальные значения рН и температуры для целлюлазной, ксиланазной и маннаназной активности находились в области рН 3,5—5,5 и 50—80°.

Ключевые слова:  гемицеллюлазы,  целлюлазы,  ферментативный гидролиз,  целлюлозосодержащие материалы,  Penicillium verruculosum.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Production of Highly Effective Enzyme Complexes of Cellulases and Hemicellulases on the basis of Penicillium verruculosum Strain for Hydrolysis of Plant Raw Materials

A.P. Sinitsyn ^{1, 2},  D.O. Osipov ¹,  A.M Rozhkova ^{1, 2},  E.B. Bushina ¹,  G.S. Dotsenko ^{1, *},  O.A. Sinitsyna ^{1, 2},  E.G. Kondratieva ¹,  I.N. Zorov ^{1, 2},  O.N. Okunev ³,  V.A. Nemashkalov ³,  V.Yu. Matys ³,  and  A.V. Koshelev ³

¹  The Bach Institute of Biochemistry, Russ. Acad. Sci.,  119071, Moscow Russia

²  The Department of Chemistry, Lomonosov Moscow State University,  119991, Moscow Russia

³  The Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, Russ. Acad. Sci.,  142292, Pushchino, Moskovskaya oblast Russia

e-mail:  gsdotsenko@gmail.com

Methods for production and analysis of cellulose- and hemicellulase-containing enzyme preparations of various component structures based on the Penicillium verruculosum carbohydrase complex and intended for the effective hydrolysis of different types of cellulosic raw materials have been developed. New recombinant strains of P. verruculosum producing multienzyme carbohydrase complexes with increased activities of cellulases (due to the expression of endo-β-1,4-glucanases I and IV and cellobiohydrolase II of Trichoderma reesei), and also hemicellulases (due to the expression of P. canescens and T. reesei endo-β-1,4-xylanases and T. reesei endo-β-1,4-mannanase) were constructed. The hydrolytic efficiency of the enzyme preparations produced by the new recombinant strains during continuous hydrolysis of three types of various cellulosic raw materials (milled aspen, depitched pine wood and milled bagasse) was studied. It was shown that the new enzyme preparations that included both recombinant proteins and their own basic cellulase complex are characterized by the highest hydrolytic ability exceeding that of the enzyme preparations based on the original P. verruculosum strain. The recombinant enzyme preparations were characterized by high stability; optimal рН and temperature values for the cellulase, xylanase and mannanase activities were in the range 3,5—5,5 and 50—80°C, respectively.

Key words:  cellulases,  cellulosic raw materials,  enzymatic hydrolysis,  hemicellulases,  Penicillium verruculosum.

12.02.2014, 3728 просмотров.