Повышение целлюлазной активности Schizophyllum commune EO22 в бинарных ассоциациях со стрептомицетами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Актуальность работы обусловлена поиском новых методов активации и управления ферментативной активностью организмов-деструкторов целлюлозы путем совместного культивирования. Schizophyllum commune – ксилобионтный базидиомицет из группы грибов белой гнили, известный своей биотехнологической универсальностью, до сих пор не нашел эффективного применения в сфере биоконверсии отходов сельского хозяйства, в частности – соломы зерновых злаков. Проведена оценка возможности создания на основе штамма S. commune EO22 искусственных бактериально-грибных ассоциаций для разработки эффективной стратегии утилизации соломы, как побочного продукта растениеводства. Изучали эффекты совместного культивирования S. commune EO22 с целлюлолитически активными бактериями рода Streptomyces. Определяли динамику целлюлазной активности при выращивании гриба S. commune EO22 в монокультуре и в бинарных культурах со штаммами Streptomyces griseoaurantiacus Мb4- 2, S. thermocarboxydus T1-3, S. hygroscopicus N27-25, “S. ryensis” Н13-3 в жидкой минеральной среде с соломой в качестве единственного источника углерода. Целлюлазная активность совместных культур S. commune EO22 с каждым из бактериальных штаммов при ферментации соломы достигала максимума на 3-6 сут раньше, чем в монокультуре гриба (максимум на 7 сут) в тех же условиях. При совместном культивировании гриба со штаммом Мb4-2 существенного увеличения целлюлазной активности (максимум 122 ± 13.1 ед./мл) по сравнению с тем максимумом, который гриб демонстрировал при ферментации соломы в монокультуре (114.4 ± 37.1 ед./мл), не выявлено. Максимумы целлюлазной активности бинарных ассоциаций со штаммами T1-3, N27-25 и Н13-3 превосходили максимум монокультуры S. commune EO22 в 2.3, 1.6 и 1.3 раза, а степень разложения соломы, определяемая по потере массы, увеличивалась по сравнению с монокультурой гриба на 10.3, 2.3 и 22.4% соответственно. Хотя статистически значимой корреляции между убылью массы соломы и целлюлазной активностью в условиях эксперимента не выявлено, полученные результаты свидетельствуют о перспективности создания искусственных бактериально-грибных ассоциаций для эффективной деструкции соломы и других целлюлозосодержащих отходов растениеводства.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Г. Широких

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого; Вятский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: irgenal@mail.ru
Россия, 610007 Киров; 610000 Киров

Н. А. Боков

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого; Вятский государственный университет

Email: nikita-bokov@mail.ru
Россия, 610007 Киров; 610000 Киров

А. А. Широких

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого; Вятский государственный университет

Email: aleshirokikh@yandex.ru
Россия, 610007 Киров; 610000 Киров

Список литературы

  1. Abd Razak D.L., Abd Ghani A., Lazim M.I.M. et al. Schizophyllum commune (Fries) mushroom: A review on its nutritional components, antioxidative and anti-inflammatory properties. Curr. Opin. Food Sci. 2024. V. 56. P. 101129. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2024.101129
  2. Arnthong J., Chuaseeharonnachai C., Boonyuen N. et al. Cooperative decomposition of rice straw by co-cultivation of cellulolytic fungi. Chiang Mai J. Sci. 2018. V. 45 (2). P. 645–652.
  3. Baranova M.A., Logacheva M.D., Penin A.A. et al. Extraordinary genetic diversity in a wood decay mushroom. Molecular Biol. Evol. 2015. V. 32 (10). P. 2775–2783. https://doi.org/10.1093/molbev/msv153
  4. Bentley S.D., Chater K.F., Cerdeno-Tárraga A.-M. et al. Complete genome sequence of the model actinomycete Streptomyces coelicolor A3(2). Nature. 2002. V. 417. P. 141–147. https://doi.org/10.1038/417141a
  5. Bertrand S., Bohni N., Schnee S. et al. Metabolite induction via microorganism co-culture: A potential way to enhance chemical diversity for drug discovery. Biotechnol. Adv. 2014. V. 32. P. 1180–1204.
  6. Bezmenova A.V., Zvyagina E.A., Fedotova A.V. et al. Rapid accumulation of mutations in growing mycelia of a hypervariable fungus Schizophyllum commune. Molec. Biol. Evol. 2020. V. 37 (8). P. 2279–2286. https://doi.org/10.1093/molbev/msaa083
  7. Brown J.L., Swift C.L., Mondo S.J. et al. Co-cultivation of the anaerobic fungus Caecomyces churrovis with Methanobacterium bryantii enhances transcription of carbohydrate binding modules, dockerins, and pyruvate formate lyases on specific substrates. Biotechnology for Biofuels. 2021. V. 14. P. 1–16. https://doi.org/10.1007/s10295-019-02188-0
  8. Chung Y.-H., Kim H., Ji C.-H. Comparative genomics reveals a remarkable biosynthetic potential of the Streptomyces phylogenetic lineage associated with rugose-ornamented spores. mSystems. 2021. V. 6. P. 1–15. https://doi.org/10.1128/mSystems.00489-21
  9. Cortes-Tolalpa L., Salles J.F., van Elsas J.D. Bacterial synergism in lignocellulose biomass degradation – complementary roles of degraders as influenced by complexity of the carbon source. Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 1–14. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01628
  10. De Groot R.C. Interactions between wood decay fungi and Streptomyces species. Bull. Torrey Bot. Club. 1971. P. 336–339.
  11. Finger M., Palacio‐Barrera A. M., Richter P. et al. Tunable population dynamics in a synthetic filamentous coculture. Microbiologyopen. 2022. V. 11(5). P. e1324. https://doi.org/10.1002/mbo3.1324
  12. Ghose T.K. Measurement of cellulase activities. Pure and applied chemistry. 1987. V. 59 (2). P. 257–268.
  13. Kovalchuk M.V., Naraykin O.S., Yatsishina E.B. Nature-like technologies: new opportunities and new challenges. Vestnik Rossiyskoy akademii nauk. 2019. V. 89 (5). P. 455– 465. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0869-5873895455-465
  14. Krause K., Jung E-M., Lindner J. et al. Response of the wood-decay fungus Schizophyllum commune to co-occurring microorganisms. PLOS One. 2020. V. 15 (4). P. e0232145. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0232145
  15. Kumar A., Bharti A.K., Bezie Y. Schizophyllum commune: A fungal cell-factory for production of valuable metabolites and enzymes. BioResources. 2022. V. 17 (3). P. 5420–5436. https://doi.org/10.15376/biores.17.3.kumar
  16. Llamas M., Greses S., Magdalena J.A. et al. Microbial co-cultures for biochemicals production from lignocellulosic biomass: a review. Bioresource Technology. 2023. V. 386. e129499. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129499
  17. Nicault M., Zaiter A., Dumarcay S. et al. Elicitation of antimicrobial active compounds by Streptomyces-fungus co-cultures. Microorganisms. 2021. V. 9 (1). P. 178. https://doi.org/10.3390/microorganisms9010178
  18. Ohm R., de Jong J., Lugones L.G. et al. Genome sequence of the model mushroom Schizophyllum commune. Nat. Biotechnol. 2010. V. 28. P. 957–963. https://doi.org/10.1038/nbt.1643
  19. Qian X., Chen L., Sui Y. et al. Biotechnological potential and applications of microbial consortia. Biotechnology advances. 2020. V. 40. P. 107500. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2019. 107500
  20. Selegato D.M., Castro-Gamboa I. Enhancing chemical and biological diversity by co-cultivation. Front. Microbiol. 2023. V. 14. P. 1117559. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1117559
  21. Swift C.L., Brown J.L., Seppälä S. et al. Co-cultivation of the anaerobic fungus Anaeromyces robustus with Methanobacterium bryantii enhances transcription of carbohydrate active enzymes. J. Industrial Microbiol. Biotechnol. 2019. V. 46 (9–10). P. 1427–1433. https://doi.org/10.1007/s10295-019-02188-0
  22. 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. V. 7 (3). P. e00637. https://doi.org/10.1002/mbo3.637
  23. Verma P., Madamwar D. Production of ligninolytic enzymes for dye decolorization by cocultivation of white-rot fungi Pleurotus ostreatus and Phanerochaete chrysosporium under solid-state fermentation. Applied biochemistry and biotechnology. 2002. V. 102. P. 109–118. https://doi.org/10.1385/abab:102-103:1-6:109
  24. Zhu N., Liu J., Yang J. et al. Comparative analysis of the secretomes of Schizophyllum commune and other wood-decay basidiomycetes during solid-state fermentation reveals its unique lignocellulose-degrading enzyme system. Biotechnology for Biofuels. 2016. V. 9 P. 1–22. https://doi.org/10.1186/s13068-016-0461-x
  25. Ковальчук М.В., Нарайкин О.С., Яцишина Е.Б. (Kovalchuk et al.) Природоподобные технологии: новые возможности и новые вызовы // Вестник Российской академии наук. 2019. Т. 89 (5). С. 455–465.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика целлюлазной активности штамма Schizophyllum commune ОЕ 22 в монокультуре и при совместном культивировании со стрептомицетами: а – Streptomyces thermocarboxydus Т1-3; б – S. hygroscopicus N27-25; в – “S. ryensis”Н13-3; г – S. griseoaurantiacus Мb4–2. 1 – S. commune ОЕ 22; 2 – бактериальный ассоциант; 3 – бинарная бактериально-грибная ассоциация.

Скачать (44KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025