Promotie: A multilayered exploration of Aspergillus niger sugar metabolic enzymes

Filamenteuze schimmels zijn een van de belangrijkste spelers in duurzame biotechnologie en worden gebruikt in de productie van voedsel, biobrandstoffen of enzymen. Omdat plantaardige biomassa een bron is van waardevolle verbindingen voor diverse industrieën, waaronder biobrandstoffen en bioplastics, is het vermogen van schimmels om complexe plantaardige materialen af te breken een eigenschap die de wetenschap en de industrie ten goede komt. Aspergillus niger is een schimmel die een breed scala aan enzymen kan produceren die plantaardige biomassa afbreken. Deze enzymen zijn betrokken bij de afgifte van eenvoudige suikers, die vervolgens worden opgenomen en gebruikt door schimmelcellen.

Om te begrijpen hoe A. niger deze suikers verwerkt, bouwen wetenschappers metabole modellen met behulp van gegevens uit genexpressie, proteomics, metabolomics en groeiprofielen. Deze informatie is echter niet voldoende - biochemische studies zijn nodig om precies te achterhalen hoe goed elk enzym werkt en welk substraat de voorkeur heeft. Dit is vooral belangrijk omdat A. niger vaak meerdere enzymen heeft die vergelijkbare rollen vervullen, waardoor een zeer flexibel metabolisch systeem ontstaat. Dit proefschrift richt zich op verschillende belangrijke reductasen en dehydrogenasen – enzymen die suikers of suikeralcoholen omzetten binnen A. niger-cellen. Door hun activiteit, genexpressie en evolutionaire achtergrond te bestuderen, onthult dit werk hoe elk enzym bijdraagt aan het koolstofmetabolisme van schimmels.

Hoofdstuk 2 beschrijft de eigenschappen van D-xylose-reductase B (XyrB). XyrB is apart van D-xylose-reductase A (XyrA) geëvolueerd en heeft een hoge affiniteit voor de pentose-suikers D-xylose en L-arabinose. Hoewel XyrB de omzetting van veel substraten kan katalyseren, wordt het alleen geproduceerd wanneer D-xylose en L-arabinose aanwezig zijn, wat aangeeft dat de belangrijkste rol ervan is om de afbraak van deze specifieke suikers te ondersteunen.

Hoofdstuk 3 gaat verder met L-xylulose reductase A en B (LxrA en LxrB). LxrA is een gespecialiseerd enzym: het zet voornamelijk L-xylulose om en komt sterk tot expressie wanneer L-arabinose in het kweekmedium aanwezig is. LxrB daarentegen kan een breed scala aan suikers omzetten, wat suggereert dat het een rol speelt in meerdere metabole routes naast de pentose-kataboleroute.

Hoofdstuk 4 beschrijft een voorbeeld van precisie in het koolstofmetabolisme van A. niger. LraA, het eerste enzym in de L-rhamnoseroute, is zeer specifiek en werkt alleen op L-rhamnose. A. niger lijkt geen meerdere enzymen voor deze route te hebben ontwikkeld, mogelijk omdat deze suiker pas wordt verbruikt wanneer alle andere op zijn.

Hoofdstuk 5 richt zich op sorbitol-dehydrogenase SbdA. Ondanks de naam is SbdA een polyol dehydrogenase met een brede substraatspecificiteit en een matige activiteit ten opzichte van sorbitol en xylitol. De gecombineerde gegevens suggereren dat SbdA geen deel uitmaakt van de D-galactoseroute, zoals eerder werd aangenomen. In plaats daarvan zou het een bredere rol kunnen spelen en de cel kunnen helpen omgaan met stress-gerelateerde veranderingen in sorbitolconcentraties.