Благодаря своей форме и совокупности цветов, напоминающих цвета дикой индейки, Trametes versicolor (Траметес разноцветный) в просторечии называют «хвостом индейки». В восточных культурах он известен как Юнь-Чжи (Китай) или Каваратакэ (Япония). В медицинской литературе с 1973 г. он упоминается под названием Coriolus versicolor, как один из наиболее изученных лекарственных грибов, использующихся в виде экстрактов или биомассы. Наиболее известные лекарственные формы траметеса — полисахаропептид Крестин (PSK) и полисахаропептид PSP, обладают сходной физиологической активностью, но различают по структуре. Оба препарата получают в промышленном масштабе из мицелия T. versicolor, выращенного в условиях периодического культивирования.
В природе траметес разноцветный обитает на различных лиственных (дуб, слива) и некоторых хвойных (ель и сосна) деревьях. Причем базидия появляется в течение всего года в основном на пнях и стволах. Этот морфологически сложный микроорганизм на протяжении всего своего жизненного цикла демонстрирует различные структурные формы. Потребляя лигнин в древесине быстрее, чем целлюлозу, гриб вызывает «белую гниль», откуда и пошло название этого класса нитчатых грибов.
Методы культивирования траметеса разноцветного
В зависимости от конечной цели, в лабораторных условиях T. versicolor можно культивировать, используя оба известных метода культивирования: погружную и твердофазную ферментацию. В первом случае используют жидкие среды из растворенных или взвешенных питательных веществ, наиболее доступных для микроорганизма. Для погружного культивирования чаще всего используют биореакторы с перемешивающими устройствами, работающие в периодическом, полунепрерывном или непрерывном режимах. Также есть немало примеров применения барботажных колонн и биореакторов с эрлифтом. Этот метод культивирования в основном используют для производства ферментов траметеса, в которых лигноцеллюлозная биомасса используется в качестве индуктора. Кроме этого, с помощью погружного метода производится мицелий, который применяется в качестве инокулята для твердофазного культивирования [1].
Твердофазное культивирование T. versicolor проводят на инертных или неинертных твердых субстратах. Среди последних чаще всего используется лигноцеллюлозная биомасса, которая может использоваться как в качестве инокулята, так и для производства биопродуктов. Во многих случаях продуктом твердофазного культивирования является биотрансформированная лигноцеллюлозная биомасса, которая в дальнейшем используется для производства биотоплива, бионасыщенных продуктов, кормов для животных и других продуктов.
Необходимость устойчивого использования различных видов лигноцеллюлозных отходов делает твердофазный метод культивирования наиболее перспективным (Krishna, 2005). И хотя производство грибных ферментов и других метаболитов в основном осуществляется с использованием погружного культивирования, в последнее время наблюдается тенденция использования для этих целей твердофазного культивирования [2].
Промышленное получение ферментов траметеса разноцветного
В природе T. versicolor вызывает деградацию лигноцеллюлозы, благодаря сложной системе разнообразных внеклеточных лигнинолитических ферментов: лакказы, пероксидазы лигнина, пероксидазы марганца и универсальной пероксидазы (Kumar and Chandra, 2020). Лакказа — наиболее известный и широко используемый фермент траметеса. Она считается ключевым участником окисления, модификации или деградации лигнина.
Промышленное производство лакказы (Zrva et al, 2019) из T. versicolor осуществляют компании Sigma-Aldrich, Creative Enzymes, Jena Bioscience и United States Biological. Наибольшее количество патентов, связанных с производством лакказы в 2008-2019 гг., принадлежит Novozymes A/S и Danisco [3].
Высокий окислительно-восстановительный потенциал делает лакказу важным для промышленности ферментом — она проявляет активность в отношении широкого спектра субстратов (фенольных и нефенольных соединений) и не требует дорогостоящих кофакторов. Однако для нефенольных субстратов необходимо также использование медиаторов. Наиболее эффективные медиаторы лакказы: 1-гидроксибензотриазол, N-гидроксифталимид, виолуровая кислота, N-гидроксиацетанилид, N-гидроксиацетанилид и 2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидинилокси [4].
Очищенная лакказа довольно дорогостоящий продукт, поэтому обычно используется в небольших объемах. В более масштабных процессах применяются чаще всего неочищенные экстракты. В последние годы прилагаются значительные усилия для реализации коммерческого применения лакказы для различных аналитических, промышленных и экологических целей. Основным направлением является получение сырых ферментных экстрактов T. versicolor при твердофазном и погружном культивировании с использованием различных лигноцеллюлозных отходов или промышленных побочных продуктов. В целом, если не требуется очищенный фермент, а можно использовать сырой ферментный экстракт, то твердофазное культивирование является более предпочтительным методом [5].
Статья подготовлена с использованием материалов Михаила Владимировича Вишневского.
Источники:
- Tisma M., Znidarsic-Plazl P., Selo G. et al. Trametes versicolor in lignocellulose-based bioeconomy: State of the art, challenges and opportunities Bioresource Technology, 2021, v. 330, an 124997.
- Krishna C. Solid-State Fermentation Systems-An Overview. Critical Reviews in Biotechnology, 2005, v. 25, pp. 1–30.
- Zerva A., Simic S., Topakas E., Nikodinovic-Runic J. Applications of microbial laccases: Patent review of the past decade (2009–2019). Catalysts, 2019, v. 9, an 1023.
- Asina F.N.U., Brzonova I., Koliak, E. et al. Microbial treatment of industrial lignin: Successes, problems and challenges. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2017, v. 77, pp. 1179–1205.
- Singh D., Gupta N., 2020. Microbial Laccase: a robust enzyme and its industrial applications. Biologia, 2020, v. 75, pp. 1183-1193.