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Oct 26, 2023

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Scientific Reports volume 12,

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 19445 (2022) Citare questo articolo

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Trichoderma reesei è un ospite ampiamente utilizzato per la produzione di cocktail di cellulasi ed emicellulasi per la degradazione della biomassa lignocellulosica. Qui, riportiamo una strategia di modificazione genetica per T. reesei industriale che consente la produzione di enzimi utilizzando glucosio semplice senza induttori, come cellulosa, lattosio e soforosio. In precedenza, era noto che i mutanti XYR1V821F o XYR1A824V inducono xilanasi e cellulasi utilizzando solo glucosio come fonte di carbonio, ma la sua composizione enzimatica era sbilanciata verso le xilanasi e le sue prestazioni erano insufficienti per degradare efficacemente la lignocellulosa. Pertanto, abbiamo esaminato le combinazioni di XYR1V821F mutato e CRT1, BGLR, VIB1, ACE2 o ACE3 espressi costitutivamente, noti come regolatori della cellulasi e fattori essenziali per l'espressione della cellulasi nel ceppo T. reesei E1AB1 che è stato altamente mutagenizzato per migliorare la produttività e l'espressione degli enzimi una ß-glucosidasi per elevate prestazioni enzimatiche. I risultati hanno mostrato che l'espressione di ACE3 nel ceppo mutato che esprime XYR1V821F promuoveva l'espressione della cellulasi. Inoltre, la co-espressione di questi due fattori di trascrizione ha comportato anche un aumento della produttività, con una produttività dell'enzima 1,5 volte superiore rispetto alla singola espressione convenzionale di XYR1V821F mutato. Inoltre, tale produttività era 5,5 volte superiore rispetto alla produttività con una singola espressione migliorata di ACE3. Inoltre, sebbene il dominio di legame al DNA di ACE3 fosse stato considerato essenziale per la produzione di cellulasi priva di induttori, abbiamo scoperto che ACE3 con un dominio di legame al DNA parzialmente troncato era più efficace nella produzione di cellulasi quando co-espresso con un XYR1V821F mutato. Questo studio dimostra che la co-espressione dei due fattori di trascrizione, i mutati XYR1V821F o XYR1A824V e ACE3, ha portato ad una composizione enzimatica ottimizzata e ad una maggiore produttività.

La sostituzione dei combustibili fossili con fonti energetiche rinnovabili e pulite dal punto di vista ambientale è essenziale per costruire una società sostenibile. La biomassa lignocellulosica è la materia prima sostenibile più abbondante per la bioraffineria e la produzione di biocarburanti. Pertanto, l’utilizzo efficace della biomassa lignocellulosica potrebbe aiutare ad affrontare il problema1,2.

Per utilizzare la biomassa lignocellulosica come materia prima è necessario idrolizzare la biomassa lignocellulosica in zuccheri semplici utilizzando cellulasi ed emicellulasi. Le cellulasi ed emicellulasi extracellulari coinvolte nella degradazione della biomassa lignocellulosica sono prodotte principalmente da funghi filamentosi3. Soprattutto il fungo filamentoso Trichoderma reesei (teleomorfo Hypocrea jecorna) è un noto microrganismo che produce grandi quantità di enzimi misti cellulasi extracellulari ed emicellulasi per la degradazione della biomassa lignocellulosica4,5. Si prevedeva che costituisse il pilastro della produzione commerciale di cellulasi, considerando i rapporti secondo cui i ceppi industriali di T. reesei possono essere utilizzati per ottenere fino a oltre 80 g/L di proteina extracellulare4,6,7,8. Tuttavia, l'idrolisi enzimatica della biomassa lignocellulosica richiede grandi quantità di enzimi lignocellulosici e l'elevato costo degli enzimi è riconosciuto come un importante collo di bottiglia nella produzione di biocarburanti lignocellulosici9,10,11,12.

Una delle soluzioni migliori è migliorare la capacità di produzione degli enzimi e utilizzare fonti di carbonio poco costose come il glucosio. Pertanto, i meccanismi di regolazione dell'espressione della cellulasi devono essere ben compresi. Tuttavia, l'espressione della cellulasi è regolata in modo complesso da diversi fattori di trascrizione (TF), che possono influenzare direttamente o indirettamente l'espressione del gene della cellulasi13. Pertanto, i ruoli specifici dei vari fattori e la loro completa rete normativa non sono ancora del tutto chiari. Studi precedenti hanno dimostrato il ruolo di vari regolatori della cellulasi. Mentre XYR1, HAP2/3/5, ACE2, VEL1, ACE3, ARE1, CRZ1, STR1 e VIB1 sono regolatori positivi, CRE1, ACE1, RCE1, CTF1, LAE1 e PAC1 sono identificati come regolatori negativi14,15. L'espressione genica della cellulasi richiede il rilascio della repressione dei cataboliti del carbonio (CCR)16. Pertanto, la modifica dei regolatori della cellulasi mediante la tecnologia genetica è considerata efficace.