Untersuchung der molekularen Signalüberschneidungen bei der Cellulose- und Hemicellulose-Erkennung in filamentösen Pilzen

• Antragsteller: Professor Dr. J. Philipp Benz
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391588914

Aufgrund ihrer Rolle als Mineralisierer sind Pilze unabdingbar für den globalen Kohlenstoffkreislauf. Filamentöse Pilze sind auch von großer ökonomischer Bedeutung als Quelle von Enzymen für die Bioraffinerie. Die produzierten Pflanzenzellwand-abbauenden Enzyme werden von den Pilzen genau auf die Zusammensetzung des Substrates zugeschnitten. Basis hierfür sind molekulare Signalkaskaden, die der Erkennung von aus den Polysacchariden herausgelösten Zuckern dienen. Die Details der Signalwege sind jedoch zum größten Teil unbekannt, was die rationale Entwicklung industriell genutzter Stämme für die Enzym-, Biokraftstoff und Chemikalienproduktion behindert. Die enzymatische Zersetzung von pflanzlicher Biomasse für die Bioraffinerie würde stark davon profitieren, wenn wir unser Verständnis der pilzlichen Signalerkennung und -verarbeitung erweitern und lernen, wie die Pilze es schaffen, ihr enzymatisches Arsenal genau auf das gegebene Substrat anzupassen.Während unserer Erforschung der pilzlichen Pflanzenzellwanderkennung im filamentösen Askomyzeten Neurospora crassa haben wir herausgefunden, dass nicht alle Zucker getrennt voneinander vom Pilz erkannt werden, sondern dass einige Signalwege überlappen, was zu einer gegenseitigen Hemmung führen kann. Dies ist so für Cellulose und Mannan der Fall. Interessanterweise scheint diese Signalüberlappung in den industriell relevanten Pilzen Trichoderma reesei und Myceliophthora thermophila konserviert zu sein. Da Mannane neben Cellulose und anderen Hemicellulosen in fast allen pflanzlichen Biomassen vorkommen und nur sehr schwer mit Hilfe chemischer (Vor-)Behandlungen selektiv entfernt werden können, muss dieses potentielle Problem anderweitig angegangen werden. Eine vielversprechende Lösung erscheint die Manipulation der molekularen Signalwege in den Produktionsorganismen auf Ebene des Genoms.Im Rahmen dieses Antrags schlagen wir daher ein wissenschaftliches Projekt vor, in dem wir die grundlegenden Mechanismen der Signalüberschneidung zwischen der Cellulose- und Mannanerkennung in N. crassa, T. reesei und M. thermophila untersuchen werden, um die entsprechende Hemmung anschließend durch genetische Manipulationen zu unterbinden. Das Ziel ist es, eine ungehemmte Cellulase-Produktion zu erreichen. Darüber hinaus wird die Aufklärung der molekularen Mechanismen, die diese Vorgänge kontrollieren, es erlauben, die Weiterentwicklung industrieller Produktionsstämme in Zukunft deutlich zu beschleunigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Chaoguang Tian, Ph.D.