Unlocking the metabolic potential of the exceptional lignocellulose degrading fungus Parascedosporium putredinis N01

释放特殊木质纤维素降解真菌腐烂副孢子菌 N01 的代谢潜力

基本信息

  • 批准号:
    BB/W000695/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 73.26万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2022 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Lignocellulose provides structure and support to growing plants by enabling strong and durable cell walls. It is one of the most abundant forms of fixed carbon in the biosphere and its breakdown is a critical component of the global carbon cycle. Lignocellulose also represents a vast global resource of sugars and aromatics which can be liberated for the production of biofuels and chemicals. Biorefineries require the use of high yielding, low input biomass crops and/or waste biomass as feedstock; however, the complex phenolic polymers present in lignin make lignocellulose very resistant to enzymatic attack. Current industrial approaches for the breakdown of lignocellulose employ multi-component enzymatic mixtures. While this approach is effective in hydrolysing polysaccharides, it is inefficient and expensive due to the requirement of chemically-intensive pretreatments to disrupt lignin and reduce the crystallinity of cellulose. It is generally recognised that the breakdown of lignin forms the highest barrier to the development of a cost-competitive lignocellulose processing industry, and this barrier will be overcome in part by the discovery of new enzymes for more effective digestion of the feedstock. It is also generally recognised that valorisation of lignin will be a crucial component of integrated biorefineries if they are to be profitable, therefore, it is essential that new strategies for obtaining high value chemicals from lignin are developed. The basis of this project is to gain a detailed understanding of lignocellulose degradation by the fungus Parascedosporium putredinis NO1 and begin to design more efficient industrial approaches to lignin degradation and valorisation. We will carry out a full characterisation of an exciting new ligninase that we have recently discovered that cleaves the major beta-ether structural units in lignin without a requirement of a cofactor. This enzyme not only boosts the breakdown of biomass by commercial cellulase cocktails, it also releases the pharmaceutically important flavonoid tricin from the lignin macromolecule, offering the possibility of producing a valuable product from lignin while reducing the processing costs. We will use 2-dimensional NMR to identify major changes in lignocellulose composition during digestion. We will use comparative proteomics to compare the secretome of P. putredinis NO1 growing on lignin to identify new lignin active enzymes for further study with a particular focus on possible biorefining applications. We will investigate the genes and enzymes expressed, and biochemical processes, in order to identify new enzymes for study. We will produce recombinant forms of these enzymes for characterisation studies. We will use high throughput assay systems to examine the commercial potential of new enzymes for biomass processing. These studies can help us to understand important environmental components of the global carbon cycle, as well as providing us with new understanding and tools to improve the industrial exploitation of lignocellulosic biomass.
木质纤维素为植物生长提供结构和支持,使细胞壁坚固耐用。它是生物圈中固定碳最丰富的形式之一,其分解是全球碳循环的关键组成部分。木质纤维素还代表着巨大的全球糖和芳烃资源,可以解放出来用于生产生物燃料和化学品。生物精炼厂需要使用高产、低投入的生物质作物和/或废弃生物质作为原料;然而,木质素中存在的复杂酚醛聚合物使木质素纤维素对酶的攻击具有很强的抵抗力。目前木质纤维素分解的工业方法采用多组分酶混合物。虽然这种方法在水解多糖方面是有效的,但由于需要化学密集的预处理来破坏木质素和降低纤维素的结晶度,它是低效和昂贵的。人们普遍认为,木质素的分解是发展具有成本竞争力的木质纤维素加工工业的最大障碍,这一障碍将在一定程度上通过发现更有效地消化原料的新酶来克服。人们也普遍认识到,如果要盈利,木质素的增值将是综合生物精炼厂的关键组成部分,因此,开发从木质素中获得高价值化学品的新策略至关重要。该项目的基础是详细了解真菌腐烂副孢子NO1对木质素纤维素的降解作用,并开始设计更有效的木质素降解和增值的工业方法。我们将对我们最近发现的一种令人兴奋的新木质素酶进行全面表征,该酶可以在不需要辅助因子的情况下切割木质素中的主要β -醚结构单元。这种酶不仅可以通过商业纤维素酶鸡尾酒促进生物质的分解,还可以从木质素大分子中释放药用上重要的类黄酮tricin,从而提供了从木质素生产有价值产品的可能性,同时降低了加工成本。我们将使用二维核磁共振来确定在消化过程中木质纤维素组成的主要变化。我们将使用比较蛋白质组学来比较生长在木质素上的P. putredinis NO1的分泌组,以确定新的木质素活性酶进行进一步的研究,并特别关注可能的生物精制应用。我们将研究基因和酶的表达,以及生化过程,以确定新的酶进行研究。我们将生产这些酶的重组形式进行表征研究。我们将使用高通量分析系统来研究用于生物质加工的新酶的商业潜力。这些研究可以帮助我们了解全球碳循环的重要环境成分,并为我们提供新的认识和工具,以改善木质纤维素生物质的工业开发。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Whole genome structural predictions reveal hidden diversity in putative oxidative enzymes of the lignocellulose-degrading ascomycete Parascedosporium putredinis NO1.
  • DOI:
    10.1128/spectrum.01035-23
  • 发表时间:
    2023-12-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Scott, Conor J. R.;Leadbeater, Daniel R.;Oates, Nicola C.;James, Sally R.;Newling, Katherine;Li, Yi;Mcgregor, Nicholas G. S.;Bird, Susannah;Bruce, Neil C.;Cha, Chang-Jun
  • 通讯作者:
    Cha, Chang-Jun
A bioinformatic workflow for in silico secretome prediction with the lignocellulose degrading ascomycete fungus Parascedosporium putredinis NO1.
利用木质纤维素降解子囊菌真菌 Parascedosporium putredinis NO1 进行计算机分泌蛋白组预测的生物信息学工作流程。
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Scott CJR
  • 通讯作者:
    Scott CJR
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