Arabinose Abbaustoffwechsel in Trichoderma reesei

Trichoderma reesei (Hypocrea jecorina) ist ein Pilz, der industriell zur Produktion von hemicellulolytischen Enzymen (=Xylanasen, Arabinasen, Galaktanasen) eingesetzt wird, welche vor allem in der Papierindustrie und der Futtermittelindustrie große Bedeutung besitzen. Konsequenterweise akkumulierte über die letzten Jahre intensive Information über die beteiligten Enzymsysteme, deren Struktur, deren Gene und deren Regulation. In Gegensatz dazu ist relativ wenig darüber bekannt, wie die Hemicellulosemonomere in Trichoderma bzw. anderen Pilzen weiter abgebaut werden. Bezüglich des Abbaus von Xylose wird angenommen, daß dies - im Gegensatz zu bakterien - über NADPH-abhängige Reduktion zu Xylit und anschließende NAD-abhängige Oxidation zur Xylulose verläuft. In Analogie dazu wird angenommen, daß Arabinose zu Arabitol reduziert wird und dieser dann zu Xylulose umgewandelt wird. Die beteiligten Enzymsysteme wurden jedoch bislang weder aus Pilzen noch aus anderen Organismen charakterisiert, und die Gene auch noch nicht kloniert. Wie im Projektantrag ausführlich dargelegt wäre diese Kenntnis jedoch zur Verbesserung der Cellulase- und Hemicellulaseproduktion wichtig. In Hinblick auf die Bedeutung von Trichoderma als Produzent hemicellulolytischer Enzyme schlagen wir daher hier vor, den Abbau von Arabinose durch Trichoderma anhand der Klonierung der beteiligten Gene und Herstellung rekombinanter Mutanten in den einzelnen Schritten aufzuschlüsseln. Weiters planen wir, die Regulation dieser Gene zu untersuchen, sowie die erwähnten Mutanten dazu zu verwenden, die Bedeutung der Intermediate des Pentoseabbaus für die Induktion hemicellulolytischer Enzyme zu untersuchen.

Hemicellulosen stellen ca. 20-30 % der jährlich anfallenden Biomasse dar, und sind daher attraktive Kohlenstoffquellen für mikrobielle Fermentationen. Im vorligenden Projekt wurde die Hypothese untersucht, inwieweit ein metabolic engineering der Hemicellulose-Abbauwege zur Stammverbesserung für die Biotechnologie nutzbar wäre. Zu diesem Zweck haben wir 3 Gene des L-Arabinoseabbauwegs in Hypocrea jecorina (Trichoderma reesei) kloniert (alr1 Aldose Reduktase, lad1 L-Arabit Dehydrogenase, xdh1 Xylit Dehydrogenase), und damit Nullmutanten hergestellt. Die Daten zeigen daß die Arabinosereduktion von mehreren Aldosereduktasen katalysiert wird, während Arabit Dehydrogenase und Xylit Dehydrogenase sich gegenseitig an beiden Abbaustufen kompensieren können. Konsistente Ergebnisse konnten in Untersuchungen zur Enzymologie der drei Enzyme erhalten werden. Die Nullmutanten zeigten ein verändertes Induktionsprofil für Xylanasen und die drei Gene können daher individuell zur Stammverbesserung verwendet werden.