Preview

Новые технологии / New technologies

Расширенный поиск

Утилизация целлюлозосодержащих отходов при помощи грибов

https://doi.org/10.47370/2072-0920-2021-17-5-123-133

Полный текст:

Аннотация

Накопление растительносодержащих отходов является серьезной проблемой для экологии. Благодаря грибам с высокой целлюлолитической активностью можно переработать их в ценные продукты, которые будут полезны в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве. К ферментам целлюлолитического комплекса относят 1,4-β-D-глюкан-4-глюканогидролазу, экзо-1,4-β-глюкозидазу, целлобиогидролазу, β-глюкозидазу. 1,4-β-D-глюкан-4-глюканогидролазы разрушают β-1,4-гликозидные связи внутри цепи полисахаридов целлюлозы и лихенина. Экзоглюканазы разрушают β-1,3- и β-1,4-гликозидные связи на конце молекулы. Целлобиогидролазы расщепляют β-1,4-гликозидные связи с образованием целлобиозы и глюкозы. Завершают процесс деструкции β-глюкозидазы. К грибам с высокой целлюлолитической активностью относятся как представители отдела Ascomycota, так и Basidiomycota. Аскомицет Chaetomium globosum продуцирует эндоглюканазы двух семейств и 8 целлобиогидролаз. Myceliophthora thermophila также продуцирует эндоглюканазы и целлобиогидролазы, самая распространенная из которых – Mt Cel7A. Гриб является перспективным продуцентом термостабильных ферментов. Trichoderma reesei имеет длительную историю безопасного использования в качестве источника высокоактивных целлюлолитических ферментов и других ценных метаболитов. LPMO целлюлолитического гриба Thielavia terrestris считаются вспомогательными ферментами, но могут негативно влить на основные ферменты комплекса. Irpex lacteus также продуцирует LPMO и полный комплекс целлюлолитических ферментов. Целлюлолитическую активность грибов и их способность расти на дешевых субстратах можно использовать для биоконверсии растительных отходов в ценные продукты. Один из путей их утилизации – превращение в комбикорма с повышенным содержанием белка за счет использования заквасок. Применение грибов повысит содержание белка и простых углеводов, обогатит комбикорма жирами. Другой способ – получение целлюлаз, которые широко применяются во многих отраслях промышленности. Благодаря получению биодизеля и биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья можно решить проблему недостатка топлива, заменив энергоносители из невозобновляемых источников энергии на их экологичные аналоги. Они менее токсичны, чем дизель и бензин, а также получаются из возобновляемых ресурсов.

Об авторах

И. А. Фоменко
Московский государственный университет пищевых производств
Россия

Фоменко Иван Андреевич - старший преподаватель кафедры биотехнологии и технологии продуктов биоорганического синтеза.

Волоколамское шоссе, д. 11, Москва, 125080.



С. Н. Тучкова
Московский государственный университет пищевых производств
Россия

Тучкова Светлана Николаевна - магистрант кафедры биотехнологии и технологии продуктов биоорганического синтеза.

Волоколамское шоссе, д. 11, Москва, 125080.



Список литературы

1. Bacic A., Fincher G., Stone B. Chemistry, biochemistry and biology of (1-3)-p-glucans and related polysaccharides. N.Y., 2019.

2. Taylor L.E. [et al.] Engineering enhanced cellobiohydrolase activity. Nature communications. 2018. Т. 9, № 1. С. 1–10.

3. Плеханова Л.Н., Каширская Н.Н., Сыроватко А.С. Активность целлюлозолитических микроорганизмов в грунтах кремированных захоронений как индикатор деталей погребального обряда // Нижневолжский археологический вестник. 2020. Т. 19, № 1. С. 116–129.

4. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия: учебник. Люберцы: Юрайт, 2015. 640 c.

5. Dotsenko A.S. [et al.] N‐linked glycosylation of recombinant cellobiohydrolase I (Cel7A) from Penicillium verruculosum and its effect on the enzyme activity. Biotechnology and bioengineering. 2016. Т. 113, № 2. С. 283–291.

6. Wang X.W. [et al.] Phylogenetic reassessment of the Chaetomium globosum species complex. Persoonia: Molecular Phylogeny and Evolution of Fungi. 2016; 36:83.

7. Wanmolee W. [et al.] Biochemical characterization and synergism of cellulolytic enzyme system from Chaetomium globosum on rice straw saccharification. BMC biotechnology. 2016; 16(1):1–12.

8. Destino L. [et al.] Severe osteomyelitis caused by Myceliophthora thermophila after a pitchfork injury. Annals of clinical microbiology and antimicrobials. 2006; 5(1):1–5.

9. Dos Santos H.B. [et al.] Myceliophthora thermophila M77 utilizes hydrolytic and oxidative mechanisms to deconstruct biomass. Amb Express. 2016; 6(1):1–12.

10. Kadowaki M.A.S. [et al.] Biochemical and structural insights into a thermostable cellobiohydrolase from Myceliophthora thermophile. The FEBS journal. 2018; 285(3):559–579.

11. Frisvad J. C. [et al.] Safety of the fungal workhorses of industrial biotechnology: update on the mycotoxin and secondary metabolite potential of Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, and Trichoderma reesei. Applied Microbiology and Biotechnology. 2018; 102(22):9481–9515.

12. Guo B. [et al.] Comparison of catalytic properties of multiple β-glucosidases of Trichoderma reesei. Applied microbiology and biotechnology. 2016; 100(11):4959–4968.

13. Fang H. [et al.] Simultaneous enhancement of the beta-exo synergism and exo-exo synergism in Trichoderma reesei cellulase to increase the cellulose degrading capability. Microbial cell factories. 2019; 18(1):1–14.

14. Pang A.P. [et al.] Dissecting Cellular Function and Distribution of β-Glucosidases in Trichoderma reesei. Mbio. 2021; 12(3):e03671–20.

15. Vermaas J.V. [et al.] Effects of lytic polysaccharide monooxygenase oxidation on cellulose struc-ture and binding of oxidized cellulose oligomers to cellulases. The Journal of Physical Chemistry B. 2015; 119(20):6129–6143.

16. Busk P.K., Lange L. Classification of fungal and bacterial lytic polysaccharide monooxygenases. BMC genomics. 2015; 16(1):1–13.

17. Kim I.J. [et al.] Type-dependent action modes of Tt AA9E and Ta AA9A acting on cellulose and differently pretreated lignocellulosic substrates. Biotechnology for biofuels. 2017; 10(1):1–8.

18. Keller M.B. [et al.] A comparative biochemical investigation of the impeding effect of C1-oxidizing LPMOs on cellobiohydrolases. Journal of Biological Chemistry. 2021; 296:100–504.

19. Qin X. [et al.] Deciphering lignocellulose deconstruction by the white rot fungus Irpex lacteus based on genomic and transcriptomic analyses. Biotechnology for biofuels. 2018; 11(1):1–14.

20. Mezule L., Civzele A. Bioprospecting White-Rot Basidiomycete Irpex lacteus for Improved Ex-traction of Lignocellulose-Degrading Enzymes and Their Further Application. Journal of Fungi. 2020; 6(4):256.

21. Луканин А.В. Инженерная экология: защита литосферы от твердых промышленных и бытовых отходов: учебное пособие. М.: ИНФРА-М, 2018. 556 с.

22. Биохимический состав продуктов, полученных путем микробиологической конверсии лигноцеллюлозных субстратов мицелиальными грибами / Бахшалиев А.Е. [и др.] // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2020. № 4. С. 7–11.

23. Изучение влияния биостимуляторов на активность бактериальных и грибных гидролаз / Евдокимова К.В. [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2017. Т. 79, № 4.

24. Приставка А.А., Попова И.В. Влияние фторида натрия на ферментативную активность грибных целлюлаз // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. № 1 (12).

25. Обзор мировых энергетических рынков: рынок нефти / Лазарян С.С. [и др.] // Вестник научно-исследовательского финансового института Минфина России. 2021.

26. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans et al. Chemical agents and related occupations. IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans. 2012; 100(PT F):9.

27. Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф. Преимущества биодизельного топлива // Инновационная наука. 2016. № 5. С. 72.

28. Subramaniam R. [et al.] Microbial lipids from renewable resources: production and characterization. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2010; 37(12):1271–1287.

29. Гусев А.Б. Биотопливо – инновационная перспектива российской энергетики // Управление наукой и наукометрия. 2008. № 6.

30. Саубенова М.Г., Кузнецова Т.В. Производство биоэтанола как альтернативного источника энергии // Приволжский научный вестник. 2015. №. 7 (47).


Рецензия

Для цитирования:


Фоменко И.А., Тучкова С.Н. Утилизация целлюлозосодержащих отходов при помощи грибов. Новые технологии / New technologies. 2021;17(5):123-133. https://doi.org/10.47370/2072-0920-2021-17-5-123-133

For citation:


Fomenko I.A., Tuchkova S.N. Cellulose-containing waste recycling using fungi. New Technologies. 2021;17(5):123-133. (In Russ.) https://doi.org/10.47370/2072-0920-2021-17-5-123-133

Просмотров: 168


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2072-0920 (Print)
ISSN 2713-0029 (Online)