Блог

Oct 26, 2023

Индуктор

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 19445 (2022 г.) Цитировать эту статью

899 Доступов

3 цитаты

Подробности о метриках

Trichoderma reesei широко используется в качестве хозяина для производства целлюлазных и гемицеллюлазных коктейлей для деградации лигноцеллюлозной биомассы. Здесь мы сообщаем о стратегии генетической модификации промышленного T. reesei, которая позволяет производить ферменты с использованием простой глюкозы без индукторов, таких как целлюлоза, лактоза и софороза. Ранее было известно, что мутантный XYR1V821F или XYR1A824V индуцирует ксиланазу и целлюлазу, используя только глюкозу в качестве источника углерода, но его ферментный состав был смещен в сторону ксиланаз, и его эффективность была недостаточной для эффективного разложения лигноцеллюлозы. Поэтому мы исследовали комбинации мутировавшего XYR1V821F и конститутивно экспрессируемых CRT1, BGLR, VIB1, ACE2 или ACE3, известных как регуляторы целлюлазы и важные факторы экспрессии целлюлазы в штамме T. reesei E1AB1, который был сильно мутагенизирован для повышения продуктивности ферментов и экспрессии. β-глюкозидаза для высокой эффективности ферментов. Результаты показали, что экспрессия ACE3 в мутированном штамме, экспрессирующем XYR1V821F, способствует экспрессии целлюлазы. Более того, совместная экспрессия этих двух факторов транскрипции также привела к увеличению продуктивности: продуктивность фермента в 1,5 раза выше, чем при обычной одиночной экспрессии мутированного XYR1V821F. Кроме того, эта продуктивность была в 5,5 раз выше по сравнению с продуктивностью с усиленной одиночной экспрессией ACE3. Более того, хотя ДНК-связывающий домен ACE3 считался необходимым для производства целлюлазы без индуктора, мы обнаружили, что ACE3 с частично укороченным ДНК-связывающим доменом был более эффективен в производстве целлюлазы при совместной экспрессии с мутированным XYR1V821F. Это исследование показывает, что совместная экспрессия двух факторов транскрипции, мутированного XYR1V821F или XYR1A824V и ACE3, привела к оптимизации состава фермента и повышению продуктивности.

Замена ископаемого топлива экологически чистыми и возобновляемыми источниками энергии имеет важное значение для построения устойчивого общества. Лигноцеллюлозная биомасса является наиболее распространенным устойчивым сырьем для биопереработки и производства биотоплива. Следовательно, эффективное использование лигноцеллюлозной биомассы может помочь в решении этой проблемы1,2.

Чтобы использовать лигноцеллюлозную биомассу в качестве сырья, необходимо гидролизовать лигноцеллюлозную биомассу до простых сахаров с помощью целлюлазы и гемицеллюлазы. Внеклеточные целлюлазы и гемицеллюлазы для деградации лигноцеллюлозной биомассы продуцируются в основном нитчатыми грибами3. В частности, нитчатый гриб Trichoderma reesei (телеоморфа Hypocrea jecorna) является хорошо известным микроорганизмом, который продуцирует большие количества смешанных внеклеточных целлюлазных и гемицеллюлазных ферментов для деградации лигноцеллюлозной биомассы4,5. Ожидалось, что он станет основой коммерческого производства целлюлазы, учитывая сообщения о том, что промышленные штаммы T. reesei можно использовать для получения более 80 г/л внеклеточного белка4,6,7,8. Тем не менее, ферментативный гидролиз лигноцеллюлозной биомассы требует больших количеств лигноцеллюлозолитических ферментов, а высокая стоимость ферментов признана основным узким местом в производстве лигноцеллюлозного биотоплива9,10,11,12.

Одним из лучших решений является повышение производительности ферментов и использование недорогих источников углерода, таких как глюкоза. Следовательно, механизмы регуляции экспрессии целлюлазы должны быть хорошо изучены. Однако экспрессия целлюлазы сложно регулируется несколькими факторами транскрипции (ТФ), которые могут прямо или косвенно влиять на экспрессию гена целлюлазы13. Таким образом, конкретная роль различных факторов и их полная регулятивная сеть еще полностью не изучены. Предыдущие исследования продемонстрировали роль различных регуляторов целлюлазы. В то время как XYR1, HAP2/3/5, ACE2, VEL1, ACE3, ARE1, CRZ1, STR1 и VIB1 являются положительными регуляторами, CRE1, ACE1, RCE1, CTF1, LAE1 и PAC1 идентифицируются как отрицательные регуляторы14,15. Экспрессия гена целлюлазы требует высвобождения репрессии углеродного катаболита (CCR)16. Поэтому модификация регуляторов целлюлазы с помощью генетических технологий считается эффективной.