Изобретение относится к биотехнологии. Предложены рекомбинантный штамм
1. Рекомбинантный штамм 2. Способ получения ферментного препарата B6/PMO-BG-25, полученного на основе рекомбинантного штамма микрокристаллическая целлюлоза 40 кукурузный экстракт 25 пшеничные отруби 10 дрожжевой экстракт 10 дигидрофосфат калия 15 сульфат аммония 5 двухводный хлорид кальция 0,3 семиводный сульфат магния 0,3
Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к созданию и способу получения ферментных препаратов (ФП), содержащих высокоактивные ферменты по отношению к целлюлозосодержащему сырью. Изобретение может быть использовано при производстве технических сахаров из целлюлозосодержащих материалов для их дальнейшей биоконверсии в продукты микробиологического синтеза. Возобновляемая растительная биомасса и биополимеры, входящие в состав растительной клеточной стенки (целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин), представляют собой основную часть органического материала на Земле и являются практически неисчерпаемым источником сырья и энергии [ Технические сахара являются продуктами гидролиза биополимеров растительной биомассы, осуществляемого целлюлазным комплексом ферментов, в который входят три ключевые целлюлазы – экзо-1,4-β-глюканазы (целлобиогидролазы, ЦБГ, КФ 3.2.1.91), эндо-1,4-β-глюканазы (эндоглюканазы, ЭГ, КФ 3.2.1.4) и β-глюкозидазы (БГ, КФ 3.2.1.74), осуществляющие конверсию целлюлозы до глюкозы, целлобиозы и целлоолигосахаридов. К вспомогательным ферментам, усиливающим действие целлюлаз, относятся литические полисахаридмонооксигеназы (ПМО, КФ 1.14.99.54), катализирующие окислительную деструкцию основных цепей целлюлозы, способствующую аморфизации её кристаллических зон [ Недавно, в статье [ Для решения данной проблемы нами был получен новый штамм-реципиент Таким образом, техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в получении штамма мицелиального гриба Прототипами предлагаемого изобретения могут являться патенты RU 2574206 C1, RU 2646136 C2, RU 2653429 C1, RU 2696036 C1, RU 2810538 C2, RU 2711578 C1, RU 2550044 C2, RU 2532840 C2. Однако во всех приведенных изобретениях в качестве реципиентного штамма использовался мицелиальный гриб-ауксотроф В изобретении RU 2361918 C1 описывается способ получения ферментного препарата комплекса целлюлаз, ксиланазы и ксилоглюканазы для гидролиза целлюлозы и гемицеллюлозы, получающегося в результате культивирования штамма Технический результат от предлагаемого изобретения состоит в сокращении времени культивирования рекомбинантного штамма Сущность изобретения заключается в получении рекомбинантного штамма гриба Изобретение реализуется следующим образом: - Штамм Способ получения ферментного препарата для гидролиза целлюлозосодержащих материалов предусматривает глубинное культивирование штамма Изобретение позволяет получить ФП с высокой активностью гомологичной литической полисахаридмонооксигеназы Применение нового ФП B6/PMO-BG-25 позволяет увеличить эффективность гидролиза целлюлозосодержащих материалов, что характеризуется повышенным выходом восстанавливающих сахаров и глюкозы через 48 ч гидролиза. Культурально-морфологические и микроскопические особенности штамма Растет на агаризованных средах (среда Чапека с дрожжевым автолизатом, Мальц-агар, глюкозо-картофельный агар, сусло-агар) при Т 26-30°С в течение 7-10 суток, рН 4.5-5.0. На среде Чапека с дрожжевым экстрактом при культивировании гриба при 25°С на 7 сутки колонии достигают 24-30 мм в диаметре, складчатые, поверхность сильно радиально плотная, тонкая, ростовая зона врастает в агар, имеет ширину 1.5-2.0 мм. Мицелий светло-желтоватый, шерстистый, центр колонии выпуклый, конидиогенез слабый, серо-зеленоватого оттенка. Экссудата и растворимого пигмента нет. Обратная сторона светлая. При температуре 37°С колонии диаметром 5 мм, мицелий светлый, конидиообразования нет. При температуре 5°С роста нет. При росте на Мальц-агаре диаметр колонии 23-24 мм, поверхность сильно радиально складчатая, плотная, тонкая, ростовая зона врастает в агар, шириной 1,5-2,0 мм. Мицелий белый, шерстистый, прижатый, конидиогенез очень слабый, практически отсутствует. Эксудата и растворимого пигмента нет. Обратная сторона светлая. При микроскопировании штамм имеет конидиеносцы двухярусные, терминальные, бивертициллятные, гладкие длиной около 150 мкм, шириной 2-3мкм. Метулы расходящиеся размером 10-13 × 2.5-3.0 мкм, фиалиды ампуллиформные размером 7-8 × 2.8-3.0 мкм. Конидии округлые, шероховатые размером 3.0-3.5 мкм. При культивировании в глубинных условиях с использованием растворимых субстратов (глюкоза, фруктоза, лактоза) образуется рыхлый разветвленный мицелий со слабой пеллетизацией, удельная начальная скорость роста мицелия составляла 0,35 ч-1, в конце культивирования 0,1 ч-1. Физиолого-биохимические признаки штамма: Мезофилен. Оптимальная температура роста мицелия 32°С (29-34°С), оптимум для образования целлюлаз 28°С (26-29°С). Оптимальные значения рН роста и секреции целлюлаз 3,5-5,0. Рост мицелия наблюдается и при рН 2,5, но при этом наблюдается очень слабое образование целлюлаз и других карбогидраз. Является прототрофом. Способен быстро ассимилировать глюкозу, глицерин, галактозу, ксилозу, D-маннозу, D-маннит, трегалозу, сорбозу и сорбит, медленнее - D-ксилозу, L- и D-арабинозу, L-рамнозу и рибозу. Слабо ассимилирует: D-глюкозамин, дезоксирибозу, дезоксигалактозу, 2-дезокси-D-глюкозу и 5-тио-D-глюкозу. Использует неорганический и органический азот, хорошо ассимилирует аммонийную и нитратную форму азота. Штамм β-глюкозидазную активность измеряли, проводя гидролиз 0,5 мг/мл п-нитрофенил-β-D-глюкопиранозида (пНФГ) при рН 5,0 (0,05 М ацетатный буфер) и 40°С в течение 10 минут. Реакцию останавливают 1 М Nа2СО3, после чего измеряли оптическую плотность при 400 нм. За единицу бета-глюкозидазной активности принимали такое количество фермента, которое в течение 1 минуты при рН 5,0 и 40°С приводит к образованию 1 микромоля п-нитрофенола. Целлобиогидролазную (авицелазную) активность измеряли, проводя гидролиз МКЦ (5 мг/мл) при рН 5,0 (0,1 М ацетатный буфер) и 50°С в течение 60 минут. После этого определяли в реакционной смеси концентрацию восстанавливающих сахаров (ВС) методом Нельсона-Сомоджи. За единицу целлобиогидролазной активности принимали такое количество фермента, которое в течение 1 минут при температуре 50°С и рН 5,0 при гидролизе суспензии МКЦ концентрацией 5 мг/мл освобождает количество ВС, эквивалентных 1 микромолю глюкозы, и определяемых методом Сомоджи-Нельсона. Эндоглюканазную (КМЦ-азную) активность измеряли, проводя гидролиз водорастворимой Na-соли карбоксиметилцеллюлозы (5 мг/мл) при рН 5,0 (0,1 М ацетатный буфер) и 50°С в течение 10 минут. За единицу эндоглюканазной активности принимали такое количество фермента, которое в течение 1 минуты при температуре 50°С и рН 5,0 при гидролизе раствора КМЦ концентрацией 5 мг/мл приводило к образованию количества ВС, эквивалентного 1 микромолю глюкозы, определяемых методом Сомоджи-Нельсона [ Полисахаримонооксигеназную активность определяли с использованием 2,6-диметоксифенола (2,6-ДМФ) в качестве модельного субстрата и H2O2 в качестве второго субстрата при рН 7.5 и 30°С согласно методике, описанной в работе [ Содержание белка в ФП определяли методом Лоури, используя БСА в качестве стандарта [ Новый ФП B6/PMO-BG-25, полученный на основе КЖ рекомбинантного штамма Изобретение характеризуется следующими примерами. Реципиентный штамм МКЦ - 40, пшеничные отруби - 10, кукурузный экстракт - 25, дрожжевой экстракт - 10, KH2PO4 - 15, (NH4)2SO4 - 5, MgSO4×7H2O - 0,3, CaCl2×2H2O - 0,3. Условия культивирования: 250 об/мин, 144 ч, 32°С, рН в начале культивирования 5.5 (далее рН не контролируется). Полисахаридмонооксигеназная активность в отобранных при культивировании клонах серии B6/PMO-BG варьирует от 0,2 до 0,6 ед/мл, β-глюкозидазная от 100 до 140 ед/мл, целлобиогидролазная (авицеллазная) от 9 до 11 ед/мл. Для дальнейших испытаний был отобран клон B6/PMO-BG-25, отличающийся наибольшими целевыми активностями по сравнению с реципиентным штаммом Культивирование штамма МКЦ - 40, пшеничные отруби - 10, кукурузный экстракт - 25, дрожжевой экстракт - 10, KH2PO4 - 15, (NH4)2SO4 - 5, MgSO4×7H2O - 0,3, CaCl2×2H2O - 0,3. Культивирование проводят в течение 144 ч, при рН 4,5-5,0 и 32°С. Параллельно, в аналогичных условиях, проводят культивирование реципиентного штамма Образцы КЖ отбирают, начиная с 48 ч культивирования (48, 54, 72, 78, 96, 102, 117, 124 и 144 ч), центрифугируют и определяют концентрацию белка (Фиг. 1, а) и β-глюкозидазную активность (Фиг. 1, б). Из Фиг. 1 следует, что максимальная концентрация секретируемого белка при культивировании штамма По окончании ферментации грибную биомассу удаляют путем центрифугирования (4000 об/мин в течение 20 мин на центрифуге Avanti JXN-26, «Beckman coulter», США), свободную от клеток КЖ концентрируют с помощью ультрафильтрации (с пределом отсечения 10 кДа), ультраконцентрат сушат на распылительной сушилке (Buchi MiniSpray Dryer B-290, «BUCHI Labortechnik», Швейцария, Твх=135°С, Твых=55-65°С, степень аспирации=70%, скорость потока 0,5 л КЖ в час) с получением сухого ФП, который представляет собой светло-бежевый легко растворимый в водной среде порошок. Таким образом, получают сухой ФП B6/PMO-BG-25 (отбирая КЖ после 96 ч культивирования). Параллельно в качестве контролей получают ФП PV2007 и ФП В6 (отбирая КЖ после 144 ч культивирования). Ферментативные активности ФП показаны в Табл. 1. Таблица 1- Ферментативные активности и концентрация белка в ФП PV2007, ФП B6 и ФП B6-PMO-BG-25, ед/г белка Эксперимент проводили в термостатируемой при заданной температуре ячейке (50°С), помещенной в шейкер “INNOVA 40 Thermo Shaker” (США). Концентрация субстрата (либо МКЦ, либо сульфатная целлюлоза) в реакционной смеси составляла 100 г/л (в пересчете на сухое вещество). Реакцию проводили в 0.1 М ацетатном буфере при перемешивании (250 об/мин). Гидролиз проводили под действием ФП (либо PV2007, либо В6, либо В6/PMO-BG-25). Конечная концентрация белка в реакционной смеси составляла 10 мг/г сухого субстрата, объем реакционной смеси – 20 мл. Гидролиз проводили в течение 2 суток при 50°С. Реакционная ячейка представляла собой пластиковый сосуд с крышкой объемом 50 мл, для обеспечения дополнительного перемешивания реакционной смеси в ячейку помещали металлический цилиндр (d=7 мм, h=10 мм) из нержавеющей стали. Через определенные промежутки времени из реакционной смеси отбирали пробы (по 0.5 мл), центрифугировали 3 мин при 10000 g и измеряли в супернатанте концентрацию восстанавливающих сахаров (ВС) методом Шомоди–Нельсона [ Как следует из результатов эксперимента гидролитическая способность ФП В6/PMO-BG-25 превосходит гидролитическую способность контролей как в случае гидролиза МКЦ, так и при гидролизе сульфатной целлюлозы. Выход ВС при гидролизе МКЦ под действием ФП В6/PMO-BG-25 был в 1,5 и 2 раза выше, чем под действием ФП В6 и ФП PV2007 соответственно. При гидролизе сульфатной целлюлозы под действием ФП В6/PMO-BG-25 выход ВС был в 1, 7 и 2,2 раза выше, чем в соответствующих контролях. Увеличение гидролитической способности ФП В6/PMO-BG-25 объясняется наличием дополнительной гетерологичной БГ и гомологичной ПМО, а также собственным высоким уровнем авицеллазной активности, что приводит к сбалансированности целлюлолитического комплекса ферментов, секретируемого новым штаммом Таким образом, технический результат от предлагаемого изобретения состоит в сокращении времени культивирования рекомбинантного штамма На Фиг. 1 приведена динамика изменения концентрации белка (а), β-глюкозидазной (б) и авицеллазной активности (с) в культуральной жидкости исходного штамма На Фиг. 2 приведена концентрация глюкозы (а) и восстанавливающих сахаров (б) в гидролизатах микрокристаллической целлюлозы и сульфатной целлюлозы после 24 и 48 ч гидролиза под действием ФП PV2007, ФП B6 и ФП B6-PMO-BG-25.Ферментный препарат Белок, мг/г
КМЦ-aза Авицелаза β-глюко-зидаза ПМО 50 C pH5,0 50 C pH5,0 50 C pH5,0 40 C pH5,0 B6-PMO-BG-25 587±34 1140±54 554±26 12320±309 26±1 PV2007 648±31 6300±230 812±44 610±33 0 B6 521±35 2822±149 742±37 680±32 0