Klasse III Cellobiosedehydrogenase: das fehlende Bindeglied?

Die Cellobiosedehydrogenase (CDH) istein Enzym,das von Pilzen zum Abbau lignozellulosehältiger Biomasse sekretiert wird. Die genaue Funktion dieses Enzyms war lange Zeit unbekannt und erst in den letzten Jahren konnte ein e Verbindung mit einem anderen im Lignozelluloseabbau verwendeten Enzym, der lytischen Polysaccharidmonooxygenase (LPMO), bewiesen werden. Die CDH unterstützt die Funktion der LPMO durch die Übertragung von Elektronen und der Bereitstellung von Wasserstoffperoxid. Die LPMO spaltet pflanzliche Polysaccharide wie Zellulose, Stärke oder Hemizellulosen. Laufend werden neue Polysaccharide entdeckt, die von der LPMO in Oligosaccharide gespalten werden können, jedoch sind nur CDHs bekannt, die als bestes Substrat Cellooligosaccharide wie z.B. Cellobiose verwenden. Die durch LPMO gebildeten Oligosaccharide aus Hemizellulosen können von den bisher identifizierten CDHs nicht verwendet werden. Die Frage ist daher: wie können CDHs mit den neuentdeckten hemizelluloseabbauenden LPMO interagieren? Die seit längerem bekannten CDH-Sequenzen die phylogenetisch als Klasse III CDHs bezeichnet werden, könnten das fehlende Bindeglied zu hemizelluloseabbauenden LPMOs darstellen. Diese CDHs konnten bisher weder aus Pilzen isoliert, noch rekombinant hergestellt werden. Eine Kooperation österreichischer Forscher und Forscherinnen der Universität für Bodenkultur Wien und des Skryabin Instituts der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau untersucht in diesem Projekt die Verbreitung von Klasse III CDHs in holzabbauenden Pilzen und versucht diese in einem breit angelegtem Screening zu isolieren, oder in verschiedenen Expressionsorganismen wie Hefen oder Pilzen rekombinant herzustellen. Die hergestellten CDH werden biochemisch untersucht um die folgende Hypothese zu testen: Klasse III CDHs verwenden die Abbauprodukte von hemizelluloseabbauendenLPMOs alsSubstrat undkönnen dadurchihrerseits Wasserstoffperoxid und Elektronen für die LPMO bereitstellen. Sollte dieses Projekt erfolgreich sein, so ergeben sich neue Möglichkeiten zur Verwendung von Biomasse für eine auf erneuerbaren Ressourcen aufbauende Wirtschaft der Bioökonomie.

Die Cellobiosedehydrogenase (CDH) ist ein Enzym, das von Pilzen zum Abbau lignozellulosehältiger Biomasse sekretiert wird. Die genaue Funktion dieses Enzyms war lange Zeit unbekannt und erst in den letzten Jahren konnte eine Verbindung mit einem anderen im Lignozelluloseabbau verwendeten Enzym, der lytischen Polysaccharidmonooxygenase (LPMO), bewiesen werden. Die CDH unterstützt die Funktion der LPMO durch die Übertragung von Elektronen und der Bereitstellung von Wasserstoffperoxid. Die LPMO spaltet pflanzliche Polysaccharide wie Zellulose, Stärke oder Hemizellulosen. Laufend werden neue Polysaccharide entdeckt, die von der LPMO in Oligosaccharide gespalten werden können, jedoch sind nur CDHs bekannt, die als bestes Substrat Cellooligosaccharide wie z.B. Cellobiose verwenden. Die durch LPMO gebildeten Oligosaccharide aus Hemizellulosen können von den bisher identifizierten CDHs nicht verwendet werden. Die Frage war daher: wie können CDHs mit den neuentdeckten hemizelluloseabbauenden LPMO interagieren? Die seit längerem bekannten CDH-Sequenzen die phylogenetisch als Klasse III CDHs bezeichnet werden, stellen das fehlende Bindeglied zu hemizelluloseabbauenden LPMOs dar. Eine CDH aus dem pflanzenpathogenen Pilz Fusarium solani wurde rekombinant hergestellt, biochemisch und elektrochemisch charakterisiert. Eine Kooperation österreichischer Forscher und Forscherinnen der Universität für Bodenkultur Wien untersuchte in diesem vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Projekt die Verbreitung von Klasse III CDHs in holzabbauenden Pilzen und versuchte diese in einem breit angelegtem Screening zu isolieren, oder in verschiedenen Expressionsorganismen wie Hefen oder Pilzen rekombinant herzustellen. Es war jedoch nur möglich enen Vertreter dieser schwer zu isolierenden Enzymfamilie herzustellen. Die CDH von Fusarium solani kann einige LPMO Abbauprodukte aus Zellulose und beta-Glukan als Substrat verwenden, jedoch ist die Substratspezifität nich anders als in Klasse II CDHs. Eine neugefundene Eigenschaft der Fusarium solani CDH im Gegensatz zu anderen CDH Klassen ist die kaum vorhandene Reaktivität von Sauerstoff, was auf einen neuen Mechanismus der Interaktion mit LPMO hinweist.