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Pilzgenom ebnet Weg zu Biokraftstoffen der nächsten Generation

Eine Gruppe französischer und US-amerikanischer Forscher hat die Sequenzierung des gesamten Genoms des Pilzes Trichoderma reesei vollendet, der vor allem für seine Fähigkeit zur Zersetzung und Umwandlung von Pflanzenbiomasse in einfache Zucker bekannt ist. Von der teilweise vo...

Eine Gruppe französischer und US-amerikanischer Forscher hat die Sequenzierung des gesamten Genoms des Pilzes Trichoderma reesei vollendet, der vor allem für seine Fähigkeit zur Zersetzung und Umwandlung von Pflanzenbiomasse in einfache Zucker bekannt ist. Von der teilweise von der EU finanzierten Arbeit erhofft man sich, dass sie neue und effizientere Methoden zur Produktion von Biokraftstoffen mithilfe von Pflanzen möglich macht, die kein Nahrungsmittel darstellen. Trichoderma reesei enthält einige Enzyme, die unter der Bezeichnung Zellulasen bekannt sind und starke katalytische Eigenschaften zum Abbau von Pflanzen haben. Der Pilz wurde erstmals im Südpazifik während des Zweiten Weltkriegs entdeckt, wo er großen Schaden anrichtete, da er sich durch Uniformen und Segeltuchzelte der dort stationierten US-Militärtruppen fraß. Um mehr über diese unglaublichen Enzyme herauszufinden, verglichen die Forscher den Pilz mit 13 anderen Pilzgenomen. Zu ihrer großen Überraschung stellten sie fest, dass T. reesei eine viel geringere Anzahl an Genen zur Codierung ihrer Zellulasen besitzt, viel weniger als in anderen Pilzen, die Pflanzenzellwände abbauen können. "Wir kannten den Ruf von T. reesei als Produzent von großen Mengen an Abbauenzymen, waren jedoch überrascht darüber, wie wenige Enzymtypen er produziert. Das führte uns zu der Annahme, dass sein Proteinsekretionssystem außergewöhnlich effizient ist", erklärte Diego Martinez, Hauptautor der Studie und Forscher an der Universität von New Mexico. Die Forscher konzentrierten sich dann auf die Komplexitäten der Bestandteile des Sekretionspfads von T. reesei. "Es scheint sich seit der Divergenz mit einem mit der Hefe gemeinsamen Vorgänger wenig an dem Sekretionsmechanismus geändert zu haben," führte Dr. Martinez weiter aus. "Es gibt einige verblüffende Unterschiede bei der Art, mit der T. reesei einige Proteinbindungen verarbeitet, die für die Zellulaseproduktion wichtig sind." Bei ihrer vergleichenden Analyse von T. reesei mit anderen Pilzen beobachtete die Gruppe Clusterbildung von kohlenhydrataktiven Enzymgenen, die auf eine spezifische biologische Rolle schließen lassen: Polysaccharidabbau. "Während Pflanzengewebe wohl eher nicht die Hauptquelle der Nährstoffe für T. reesei sind, scheint nach dem Nachweis von Zellulose und Semizellulose die Organisation dieser abbauenden Gene möglicherweise der Schlüssel zu einer schnellen Antwort zu sein", erklärt Dr. Martinez. Den Forschern zufolge könnte der Pilz zum bevorzugten Organismus für die Produktion von Biokraftstoffen der zweiten Generation werden. Da Biokraftstoffe der ersten Generation aus vielen weltweiten Grundnahrungsmitteln hergestellt werden, beginnt der Wettlauf um die Entwicklung von Kraftstoffen der zweiten Generation, die nicht die Nahrungskette beeinträchtigen und die landwirtschaftlichen Abfälle wie Stroh, Baumstecklinge und Maiskolben nutzen. "Die Kapazität zum Absondern von reichlichen Mengen an extrazellulären Enzymen, die Verfügbarkeit genetischer Werkzeuge und die einfache, kostengünstige Fermentation von T. reesei machen ihn zum idealen Kandidaten für die Produktion von nützlichen Enzymen für die Umwandlung von Biomasserohstoffen wie Maisstängeln und -blättern, Stroh und Rutenhirse in Kraftstoffethanol und die Herstellung von Chemikalien, die gegenwärtig aus nicht erneuerbaren Ressourcen gewonnen werden", schrieben die Autoren der Studie. Bevor diese Enzyme wirtschaftlich rentabel hergestellt werden können, ist ein besseres Verständnis der Dynamik des Zellwachstums und der Enzymproduktion erforderlich. "Zur Optimierung dieser Prozesse werden bereits mathematische und kinetische Modelle entwickelt. Die Verfügbarkeit einer vollständigen Genomsequenz wird einen Plan liefern, wie die Modelle verbessert und die Stammverbesserungsstrategien für das Erzeugen hochwertigerer Enzymmischungen aus einem einzelnen hochproduktiven Stamm ermöglicht werden können", führten die Forscher weiter aus. Die Studienergebnisse sind in der neuesten Ausgabe von Nature biotechnology veröffentlicht. Die Arbeit wurde im Rahmen des EU-finanzierten Projekts FungWall gefördert.

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