Вступ. Лігноцелюлозна біомаса, яка важко переробляється, складає наразі одну з найбільших часток вуглецевих відходів на планеті, і як наслідок навколишнє середовище потерпає від сильного забруднення ними. Багатокомпонентна структура лігноцелюлози складається з трьох типів біополімерів:
1) лігніну, що є гетерополімером фенольних спиртів та виконує захисну функцію від зовнішніх біологічних, хімічних та фізичних впливів;
2) геміцелюлози – гетерогенний полісахарид розгалуженої та аморфної будови, що має у своєму складі гексози, пентози та цукрові кислоти. Дана будова забезпечує зв’язування целюлозних волокон;
3) целюлози, що є лінійним гомополімером глюкози та упорядкована в мікрокристалічну структуру.
Целюлоза є найпоширенішим компонентом рослинної біомаси. Саме тому актуальним завданням індустрії біопереробки є пошук ефективних технологій деструкції цього полімерного компоненту [1, 2].
Целюлази, що гідролізують целюлозу та ряд її похідних, знаходять широке застосування у різних галузях промисловості, таких як текстильна, паперова, виробництво миючих засобів, виготовлення комбікормів, сільське господарство, у виробництві біопалива тощо. У харчовій промисловості ферментні препарати целюлаз можуть використовуватися у виробництві низькокалорійної їжі та для освітлення вин і соків, а також для переробки харчових відходів. Можна сказати, що «ензимний» спосіб біоконверсії відходів активно конкурує з уже відомими способами утилізації, такими як спалювання, компостування та біопаливне виробництво. Переробка целюлози шляхом ферментної біодеградації дозволила зробити цей процес екологічно чистим та з меншими витратами теплової енергії. Саме тому вивчення механізмів целюлолітичної активності дасть змогу збільшити промислове застосування целюлаз та в подальшому знизити їх собівартість [1-7].
Одними з ефективних продуцентів целюлаз є гриби. Відомими і використовуваними продуцентами целюлаз є представники родів Aspergillus і Trichoderma, але не завжди активність та концентрація синтезованих ними целюлаз є достатніми. Тому постає питання пошуку нових високоактивних штамів-продуцентів целюлаз, для чого був досліджений базидієвий гриб Schizophyllum сommune. Даний базидіоміцет, як дереворуйнівний гриб, має ефективну целюлолітичну ферменту систему. У своєму геномі цей представник має близько 240 генів-кандидатів для гліко-гідролаз, що робить даний вид гриба потенційно ефективним для біоконверсії рослинних відходів сільського господарства та деревопереробної промисловості [3-6].
Тому метою даної роботи є дослідження активності целюлаз ряду штамів базидіоміцету Schizophyllum сommune.
Матеріали та методи. Об’єктом дослідження були чотири штами Schizophyllum commune (1762, 1763, 1764 та 1765), виділені авторами на території Києва і передані до Колекції шапинкових грибів Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України ІБК.
Целюлолітичну екзоклітинну активність вивчали на рідкому синтетичному середовищі такого складу (г/дм3): NH4NO3 – 3; MgSO4х3H2O – 0,5; глюкоза – 30, в різні варіанти якого додавали або пептон – 10 або бурякову мелясу – 10, або кукурудзяний екстракт, або карбоксиметилцелюлозу - 10. Глибинне культивування проводили на орбітальному шейкері (180 об/хв), в колбах Ерленмеєра на 250 мл, за температури 30 0C, протягом 5-7 діб.
Протягом культивування штаму на вищенаведених живильних середовищах було визначено активність ендо-1,4-β-глюканази (EC 3.2.1.4 ендо-1,4-β-D-глюканглюкогідролаза). Її визначали за рівнем утворення глюкози в інкубованій суміші з 0,3% карбоксиметилцелюлози (КМЦ-активність). Склад реакційних сумішей при визначенні ферментативної активності та умови проведення реакцій відповідали рекомендаціям IUPAC [8]. Кількість глюкози, що утворювалась у результаті дії ферменту, визначали фотометрично феріціанідним методом [9]. За одиницю ферментативної активності (IU) приймали утворення 1 мкмоль редукуючих цукрів протягом 1 хв за температури 40 °С при додаванні 1 мл культурального фільтрату. (ІU/см3, мкмоль/(хв*см3)).
Результати та обговорення. В результаті проведеного глибинного культивування було визначено вплив складу середовищ на ендоглюканазну активність штамів S. commune (Табл.1).
Таблиця 1. Активність ендо-1,4-β-глюканази (ІU/см3) у штамів S. commune на синтетичних середовищах з домішками
Встановлено, що максимальне значення активності ендо-1,4-β-глюканази склало 0,177+-0,013 ІU/см3 у штаму S. commune 1764 на синтетичному середовищі з карбоксиметилцелюлозою (6 доба культивування). Активність екзоглюканази у інших штамів S. commune також мала максимальне значення на середовищі з карбоксиметилцелюлозою.
Висновки. Отже, активність целюлолітичних ферментів базидієвого гриба S. commune відрізняється у різних штамів і залежить від складу живильного середовища.
Список використаних джерел:
1.Чабанюк Я. В., Бровко І. С., Мельнікова І. О., Спатару К. В. Пошук активних продуцентів ендо-1,4-β-глюканази для біодеструкції рослинних решток. Сільськогосподарська мікробіологія. 2021. Вип. 34. С. 15–22.
2.Бойко С.М. Целюлази базидієвих грибів для розробки технологій біоконверсії клітковини. Український ботанічний журнал, 2020. 77(5): 378–385.
3.Warasirin Sornlake, Phatcharamon Rattanaphanjak, Verawat Champreda1, Lily Eurwilaichitr, Suthathip Kittisenachai, Sittiruk Roytrakul, Tatsuya Fujii and Hiroyuki Inoue. Characterization of cellulolytic enzyme system of Schizophyllum commune mutant and evaluation of its efficiency on biomass hydrolysis. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2017, Vol. 81, No. 7, 1289–1299.
4.Tovar-Herrera O.E., Martha-Paz A.M., Pérez-LLano Y, et al. Schizophyllum commune: An unexploited source for lignocellulose degrading enzymes. Microbiology Open. 2018;7:e 6 37. https://doi.org/10.1002/mbo3.637
5.Sanath Kondaveeti, Sanjay K. S. Patel, Janghun Woo, Ji Hyang Wee, Sang-Yong Kim, Riyadh I. Al-Raoush, In-Won Kim, Vipin Chandra Kalia, and Jung-Kul Lee. Characterization of Cellobiohydrolases from Schizophyllum commune KMJ820. Indian J Microbiol. 2020 Jun; 60(2): 160–166.
6.Cellulase producing Schizophyllum commune and its use for saccharification: patent KR20110051984A, South Korea.
7.Бухало А.С., Дуган О.М., Максимюк М.Р., Ліновицька В.М. Ферментативна активність вищого базидіального гриба Schizophyllum commune. Вісник Національного авіаційного університету. 2012. № 3. С. 154-159.
8.Ghose T.K. Measurement of cellulase activity. Pure and Applied Chemistry, 1987. 59(2): 257–268. https://doi.org/10.1351/pac198759020257
9.Скуратовская О. Д. Контроль качества продукции физико-химическими методами. 3. Сахар и сахарные кондитерские изделия. 2-е изд. перераб. и доп. М.: ДеЛи принт, 2005. 124 с.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter