Neuartige Enzyme aus Basidiomyceten für technische Anwendungen

Abstract

Bei einem Screening, welches den Zweck hatte, Enzyme für die Klärung von Weinen und Fruchtsäften zu finden, wurde eine prolylspezifische Endopeptidase entdeckt (PsP A), die von dem Basidiomyceten Wolfiporia cocos ausgeschieden wurde. Der Nutzen dieser Enzyme liegt in ihrer Fähigkeit, prolinreiche Proteine wie Casein oder Gluten abzubauen. Gängige Enzyme, die in der Lebensmittelproduktion eingesetzt werden, können dies nur unzureichend bewerkstelligen. Konsequenz daraus ist zum einen ein bitterer Geschmack von Proteinhydrolysaten. Zum anderen ruft Gluten bei Menschen, die an Zöliakie leiden, Beschwerden hervor, die den Konsum dieses in vielen Nahrungsmitteln vorhandenen Proteins unmöglich machen. Es handelt sich bei der gefundenen Peptidase um ein saures Enzym (pI 3,6) mit einem Molekulargewicht von 57 kDa. Seine starke Glycosylierung macht es widerstandfähig gegen wechselnde Umwelteinflüsse. Die Nucleotidsequenz des clonierten Gens ermöglichte die Einordnung der PsP A als S28.004 Serinpeptidase. Phylogenetische Untersuchungen ergaben, dass die PsP A mit allen weiteren S28 Peptidasen pilzlichen Ursprungs einen eigenen Entwicklungszweig in der Evolution dieser Enzyme darstellt. Dieser entwickelte sich aus einem einzigen Ausgangsenzym und verzweigte in zwei Linien, von denen die eine, zu denen auch die PsP A gehört, Endopeptidasen sind. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass EndoPro , eine S28 Peptidase aus Aspergillus niger, die von der Firma DSM bereits kommerziell eingesetzt wird, nicht aus einer zur PsP A homologen Entwicklungslinie hervorgegangen ist. Sie unterscheidet sich von dieser so weit, dass eine Patentierung des Enzyms möglich ist.In Kooperation mit der Firma Süd-Chemie AG (heute Clariant) wurde nach Pilzen gesucht, die fähig sind Lignin in einem von der Firma erzeugten Weizenstrohhydrolysat zu zersetzen. Pilze mit hoher Abbauleistung könnten die restliche, mit Lignin inkrustierte Cellulose bzw. Hemicellulose einer Spaltung in industriell verwertbare Monomere zugänglich machen. Diesbezüglich wurde ein Screening mit 60 Basidiomyceten durchgeführt. Die Pilze Irpex consors und Stereum hirsutum wurden als die Spezies ermittelt, die die höchste Abbauleistung zeigten. Des Weiteren wurde eine Medienoptimierung durchgeführt, um den Abbau der Lignocellulose durch die Pilze zu steigern. Zudem sollten untersucht werden, ob teure Medienkomponenten, die einen großtechnischen Einsatz verhindert hätten, ersetzt oder weggelassen werden konnten. Am Ende dieses Prozesses bestand das Medium nur noch aus den schwefelsauren Weizenstrohhydrolysat und mineralischen Komponenten. Die Abbauleistung konnte gesteigert werden. In a screening for enzymes for the clarification of wines and fruit juices, a prolyl-specific endopeptidase was discovered (PsP A), which was excreted by the basidiomycete Wolfiporia cocos. The benefit of prolyl specific peptidases is their ability to degrade proline rich proteins such as casein or gluten. Common enzymes used in food production can do so inadequately. The consequence of this is on the one hand a bitter taste of protein hydrolysates. On the other hand, people suffer from celiac disease are unable to consume gluten containing food. The identified peptidase is an acidic enzyme (pI 3.6) with a molecular weight of 57 kDa. Its high degree of glycosylation makes it resistant to changing environmental conditions. Bioinformatic analysis of the nucleotide sequence of the cloned gene allowed the classification of PsP A as a member of the S28.004 serine peptidase family. Phylogenetic studies revealed that PsP A, with all other S28 peptidases of fungal origin, represents a distinct evolutionary branch in the evolution of these enzymes. They evolved from a single parent enzyme and branched into two lines, one of which, including PsP A, represents endopeptidases. Furthermore, it has been shown that EndoPro , a S28 peptidase from Aspergillus niger, which is already marketed by DSM, did not originate from a development line homologous to PsP A.In cooperation with the company Süd-Chemie AG (today Clariant) mushrooms were screened for their ability to decompose lignin in wheat straw hydrolysates produced by the company. Mushrooms efficiently degrading lignin could make the residual lignin encrusted cellulose or hemicellulose accessible to cleavage into industrially useful monomers. Altogether, 60 basidiomycetes were screened and the mushrooms Irpex consors and Stereum hirsutum were identified as the species that showed the most efficient lignin degradation. Furthermore, a medium optimization was carried out to increase the degradation of lignocellulose by the fungi. In addition, it should be investigated whether expensive media components that could prevent large-scale use could be replaced or omitted. At the end of these processes, the medium consisted only of the wheat straw hydrolysate and mineral components. The degradation rate could be increased.