Laktose Induktion der Cellulasebilding in Trichoderma

Lactose (1,4-0-ß-D-Galactopyranosyl-D-glucose) wird ggw. in etwa 1.2 Mio t pro Jahr als Nebenprodukt der Käseherstellung produziert, und zum Großteil als Substrat für industrielle Fermentationen verwendet. Seine Verwendung in der Nahrungsmittelindustrie ist durch die menschliche Laktoseintoleranz stark eingeschränkt. Der filamentöse Pilz Hypocrea jecorina (Trichoderma reesei) wird industriell zur Herstellung von Cellulasen und Hemicellulasen eingesetzt. Neben Cellulose-reichen, unlöslichen Kohlenstoffquellen kann auch Laktose als induzierendes Substrat für die Cellulasebildung eingesetzt werden, und ist de facto die einzige lösliche und gleichzeitig rentable Kohlenstoffquelle für diesen Zweck. Leider sind die Ausbeuten auf Laktose allerdings geringer als auf unlöslichen Kohlenstoffquellen. Eine bessere Kenntnis des Mechanimus der Induktion der Cellulasen könnte hier Abhilfe schaffen. Der Antragsteller hat sich zu diesem Zweck in den letzten Jahren mit der Laktoseverwertung und Cellulasebildung in H. jecorina beschäftigt. Dabei konnte gezeigt werden, daß Galaktose (=einer der Bestandteile der Laktose) simultan über den Leloir-Weg und einen neuen, reduktiven Galaktoseabbauweg katabolisiert werden muß, um Cellulaseinduktion zu erreichen. Diese Befunde passen gut zu jenen von Forschern des TNO Leiden (NL), welche jüngst korrelative Beweise für die Involvierung von intrazellulären Galaktitol-Galaktosiden in der Cellulaseinduktion erbringen konnten. Das vorliegende Projekt hat nun zum Ziel, gemeinsam mit den Forschern am TNO, die Rolle von Galaktosyltransferasen bei der Cellulaseinduktion in H. jecorina zu testen, wozu genomische, molekulargenetische und metabolomische Strategien eingesetzt werden sollen. Sollte die Hypothese verifiziert werden könne, so würden diese Befunde erste Möglichkeiten zur gezielten Verbesserung der Cellulasebildung auf Laktose ermöglichen.

Der Schimmelpilz Trichoderma reesei gilt als Paradigma für die Herstellung von Cellulasen und Hemicellulasen zur Hydrolyse von pflanzlicher Biomasse. Die so entstehenden Produkte könne dann einer Verwendung zur Herstellung von Biotreibstoffen oder anderer Wertstoffe verwendet werden. Die Herstellung dieser Enzyme stellt jedoch immer noch einen wichtigen Kostenfaktor dar, welcher diese Strategie noch nicht mit der Verwendung fossiler Produkte kompetitiv macht. Eine Möglichkeit dazu ist, die zellulären an der Enzymbildung beteiligten Steuereinheiten zu identifizieren und zu verbessern. In diesem Projekt haben wir versucht, aufbauend auf früheren Untersuchungen, den Induktor der Cellulasebildung auf Laktose zu identifizieren. Im Zuge der Untersuchungen, in denen wir auch Oligogalaktoside identifizieren konnten die nach unserer Theorie in Frage gekommen wären, entdeckten wir jedoch daß die Ausschaltung des für die Aufnahme von Laktose relevanten Transporters die Cellulasebildung nicht beeinflusst wurde was darauf schliessen läßt daß die Induktion anders verläuft wie bisher angenommen, i.e. über Bindung an einen Rezeptor.