Possibilities of industrial production of enzymes: the creation of microorganisms – producers of technical enzymes
Authors: Синицын А.П. , Синицына О.А. , Рожкова А.М. , Рубцова Е.А. , Шашков И.А. , Сатрутдинов А.Д. , Цурикова Н.В. , Костылева Е.В. , Середа А.С. , Великорецкая И.А. 
Published: April 2023

Микроскопические грибы широко используются для промышленного производства технических ферментов; важным условием для этого является создание высокоактивных штаммов – продуцентов ферментов. Показана возможность использования для получения таких штаммов двух подходов: индуцированного мутагенеза и методов генетической инженерии. Разработаны схемы индуцированного мутагенеза, обеспечивающие получение высокоактивных продуцентов технических ферментов. В результате гамма-мутагенеза получены мутантные штаммы грибов рода Trichoderma – продуценты целлюлаз, ксиланаз и пектиназы, с различным компонентным составом карбогидразного комплекса, позволяющие получать в культуральной жидкости (КЖ) до 35–40 г/л внеклеточного белка. С помощью комбинированной обработки УФ и гамма-облучением получен стабильный мутантный штамм Aspergillus awamori с увеличенной продукцией глюкоамилазы. Создана система экспрессии Penicillium verruculosum В1-537 (ΔniaD), позволяющая трансформировать реципиентный штамм экспрессионными конструкциями, содержащими целевые гетерологичные или гомологичные гены, функционально связанные с промотором и терминатором сильного индуцибельного промотора гена мажорного секреторного белка целлобиогидролазы I (cbh1) P. verruculosum. Технология создания и отбора активных рекомбинантных штаммов проста и надежна, состав питательной среды и условий культивирования рекомбинантных штаммов – продуцентов различных целевых ферментов стандартизирован. Затраты времени на получение продуцента целевого фермента составляют от 3 до 6 мес. Реципиентный штамм P. verruculosum характеризуется высокой секреторной способностью (до 60 г/л внеклеточного белка в КЖ), а рекомбинантные штаммы-продуценты – высокой продуктивностью целевых ферментов; полученные с их помощью ферментные препараты (ФП) содержат 30‒70 % целевых рекомбинантных ферментов (в некоторых случаях до 80 %) от общего пула белка. Созданы рекомбинантные штаммы – продуценты целлюлаз, β-глюканаз, ксиланаз, фитазы, кислой протеазы, пектин-лиазы, β-глюкозидазы, экзо- и эндоинулиназ. Мутантные и рекомбинантные штаммы – продуценты различных ферментов – используются для промышленного производства на заводе ООО «Агрофермент» различных технических ФП для пищевой промышленности и кормопроизводства.

Microscopic fungi are widely used for the industrial production of technical enzymes; an important condition for this is the creation of highly active strains – producers of enzymes. The possibility of using such approaches to obtain highly active strains as induced mutagenesis and genetic engineering methods is shown. Schemes of induced mutagenesis have been developed that ensure the production of highly active producers of technical enzymes. As a result of gamma-mutagenesis, mutant fungal strains of Trichoderma genus were obtained – producers of cellulases, xylanases and pectinase, with different component composition of the carbohydrase complex. The methods used made it possible to obtain up to 35–40 g/l of extracellular protein in the cultural liquid (CL). Using UV and gamma rays combined treatment, a stable mutant Aspergillus awamori strain with increased glucoamylase production was obtained. An expression system for Penicillium verruculosum B1-537 (ΔniaD) has been developed, which makes it possible to transform a recipient strain with expression constructs containing target heterologous or homologous genes functionally linked to the promoter and terminator of the strong inducible promoter of the P. verruculosum major secretory protein cellobiohydrolase I (cbh1) gene. The technology for creating and selection of active recombinant strains is simple and reliable, the composition of the nutrient medium and cultivating conditions for recombinant strains producing various target enzymes are standardized. The time spent on obtaining the target enzyme producer is from 3 to 6 months. The recipient P. verruculosum strain is characterized by a high secretory capacity (up to 60 g/l of extracellular protein in CL), and the recombinant strains are characterized by a high productivity of target enzymes. Enzyme preparations (EP) derived from the recombinant strains contain 30–70 % of the target recombinant enzymes in the total protein pool (in some cases, up to 80 %). Recombinant strains producing cellulases, β-glucanases, xylanases, phytase, acid protease, pectin-lyase, β-glucosidase, exo- and endo-inulinases have been developed. Mutant and recombinant strains – producers of various enzymes for the food industry and feed production are successfully used for industrial production of various technical EPs at the plant LLC «Agroferment».