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.
木质纤维素通过实现强且耐用的细胞壁为生长植物提供结构和支持。它是生物圈中最丰富的固定碳的形式之一,其分解是全球碳循环的关键组成部分。木质纤维素也代表了糖和芳香剂的广泛全球资源,可以为生物燃料和化学物质的生产而解放。生物工业需要使用高产,低输入生物量作物和/或废物生物量作为原料;但是,木质素中存在的复杂酚类聚合物使木质纤维素对酶促攻击具有抗性。木质纤维素破裂的当前工业方法采用多组分酶混合物。尽管这种方法在水解多糖中有效,但由于需要化学密集型预处理以破坏木质素并减少纤维素的结晶度,因此效率低下且昂贵。人们普遍认识到,木质素的分解构成了发展成本竞争力的木质纤维素加工行业的最高障碍,并且该障碍将通过发现新酶以更有效地消化原料来克服这种障碍。一般也认识到,如果要盈利,木质素的价值将是综合生物精炼厂的关键组成部分,因此,必须开发从木质素获得高价值化学物质的新策略。该项目的基础是通过真菌寄生虫putredinis no1获得对木质纤维素降解的详细理解,并开始设计更有效的工业方法来降解木质素的降解和价值。我们将对令人兴奋的新木质素酶进行完整的表征,该木质素最近发现木质素中的主要β-醚结构单元无需辅助剂。这种酶不仅可以增强商业纤维素酶鸡尾酒的生物量分解,还可以从木质素大分子中释放出具有药品重要的类黄酮三环蛋白,从而使木质素产生有价值的产品的可能性,同时降低加工成本。我们将使用二维NMR确定消化过程中木质纤维素组成的重大变化。我们将使用比较蛋白质组学来比较木质素上生长的P. putredinis no 1的分泌组,以鉴定新的木质素活性酶,以进一步研究,特别关注可能的生物修饰应用。我们将研究所表达的基因和酶以及生化过程,以鉴定新的研究酶。我们将产生这些酶的重组形式进行表征研究。我们将使用高吞吐量测定系统来检查新酶在生物质加工中的商业潜力。这些研究可以帮助我们了解全球碳循环的重要环境成分,并为我们提供新的理解和工具,以改善木质纤维素生物量的工业开发。

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:
    3.7
  • 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:
    10.1111/mmi.15144
  • 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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  • 通讯作者:
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