Галина Ильина - Ксилотрофные базидиомицеты в чистой культуре

Признанной микологами – практиками особенностью большинства видов ксилотрофных базидиомицетов является такая их характеристика, как хороший рост в культуре. По сравнению со многими другими представителями грибов, эта группа представлена, в большинстве своем, факультативно-сапротрофными видами, чьи трофические потребности относительно легко удовлетворяются в условиях лабораторного культивирования. Однако, проблемы оптимизации выделения, хранения, поддержания стабильности штаммов остаются весьма актуальными. Разработка новых, адаптированных с учетом узкой трофической специализации, происхождения, возраста сохраняемой культуры, приемов представляется перспективным направлением исследований.

Искусственное выращивание грибов способно внести существенный вклад в дело обеспечения продовольствием возрастающего населения земного шара. Грибы употребляют в пищу с глубокой древности, поэтому сделать грибы такой же управляемой сельскохозяйственной культурой, как зерновые злаки, овощи, фрукты, давно уже стало актуальной задачей. Наиболее легко поддаются искусственному выращиванию дереворазрушающие грибы. Это связано с особенностями их биологии, их способность легко расти и плодоносить использовали с древнейших времен.

Искусственное разведение дереворазрушающих грибов получило довольно широкое распространение. Мицелий съедобных грибов, как и мицелий продуцентов антибиотиков можно выращивать на жидких средах, в глубинной культуре. Зачастую это полностью механизированный и автоматизированный процесс. Так, в Институте микробиологии Академии наук Белоруси (1990) разработаны и апробированы в опытном производстве способы получения белковых грибных препаратов даедалина и пантегрина из мицелия дереворазрушающих грибов дедалеопсиса бугристого (Daedaleopsis сonfragosa) и пилолистника тигрового ( Panus tigrinus ), с высоким содержанием белка и биологически активных веществ. По содержанию белка 1 кг этих препаратов эквивалентен 2 кг мяса. По биологической ценности белок этих препаратов не уступает растительным и приближается к животным белкам. Перевариваемость белков данных препаратов составляет свыше 80 %. В основе этого способа получения пищевого белка лежат полученные микологами данные о том, что плодовые тела грибов и их мицелиальная масса близки по своему химическому составу и пищевой ценности. Исследования в этом направлении продолжаются (Бабицкая и др., 2006).

Ксилотрофные базидиомицеты обладают богатыми комплексами целлюлозо- и лигнолитических ферментов. Целлюлозолитические ферменты очень специфичны, их действие проявляется в деполимеризации молекул целлюлозы. Обычно используются в виде комплекса, доводящего гидролиз целлюлозы до глюкозы (в гидролизной промышленности). В медицинской промышленности их используют для выделения стероидов из растений, в пищевой – для улучшения качества растительных масел, в сельском хозяйстве – как добавки в комбикорма для жвачных животных.

Базидиальные грибы, возбудители белой гнили, синтезируют мультиферментный комплекс лигнолитического действия, принимающий участие в процессе деградации лигнина (Клесов, 1985; Рабинович, 2000; Клечак и др., 1999, 2010; Титова и др., 2002; Русинова, 2009; Рагимова, 2010). Неспецифичность ферментов лигнолитического действия и их высокая окислительная способность открывают широкие возможности для использования как самих грибов лигнинолитиков, так и их лигнинолитических ферментов в системах детоксификации и деградации ксенобиотиков, биоремедиации почв и вод (Королева, 2006). Разработка экологически чистых биотехнологий как для обработки и модификации лигнинсодержащих материалов, так и для утилизации лигнинсодержащих отходов (в особенности для целлюлознобумажной и текстильной промышленности), интенсифицировала изучение механизма деградации лигнина базидиальными грибами и роли их лигнинолитических ферментов в этом процессе (Такташев, 2002; Бойко и др., 2008; Древаль, Бойко, 2009).

В работе Г.П. Александровой и С.А. Медведевой изучена лигниндеструктирующая способность базидиального гриба Daedaleopsis сonfragosa (1999). Показана перспективная возможность использования комплекса оксидазных и ксиланазных ферментов, продуцируемых грибом, для деструкции и снижения содержания остаточного лигнина сульфатных целлюлоз.

В настоящее время активизировались исследования ферментативной активности отдельных видов ксилотрофных базидиомицетов, результаты которых находят широкое практическое применение. В работе О.Н.Горбатовой и др. (2006), в результате целенаправленного скрининга по лигниндеструктирующей способности (индексу ксилолиза), в качестве объекта исследований был выбран гриб Daedaleopsis сonfragosa . За относительно короткий срок инкубирования (14 сут) при небольшой потере массы древесины (ПМД) (5 %) и целлюлозы (всего 0.9 %), потери лигнина, вызванные действием Daedaleopsis сonfragosa, составляли 23 %. Эти показатели деятельности гриба, с точки зрения эффективности и избирательности делигнификации, несколько лучше, чем для Phanerochaete sanguinea , одного из наиболее известных (Lakshminarayana et al., 1992) лигнинолитических грибов. Биоотбелка сульфатных целлюлоз может осуществляться ферментами, прежде всего, оксидазного типа за счет окислительной деструкции лигнина, что приводит к его функционализации и способствует увеличению растворимости. Среди лигнинразрушающих ферментов известны лигнинпероксидаза и лакказа, которые осуществляют одноэлектронный перенос с молекулы субстрата лигнина – и тем самым катализируют широкую серию далее протекающих с ним реакций. Кроме того, гемицеллюлазные ферменты способны гидролизовать гемицеллюлозы, переосажденные на поверхности целлюлозного волокна, облегчая последующую экстракцию лигнина (Ахмедова, 1992; Дудкин и др., 1991; Ежов и др., 1993). Среди внеклеточных ферментов, продуцируемых Daedaleopsis сonfragosa , выявили наличие лигнинпероксидазной, лакказной, ксиланазной и целлюлазной активностей (Горбатова и др., 2005). Максимальная активность перечисленных ферментов отмечена у гриба на 7 сутки культивирования. Активность лигнинпероксидазы оказалась доминирующей, а целлюлазы – минимальной. Такое сочетание ферментативной активности позволяет считать Daedaleopsis сonfragosa перспективной культурой для использования в процессах отбелки. Обработку небеленой сульфатной хвойной целлюлозы в указанной работе осуществляли семидневной культурой Daedaleopsis сonfragosa и проследили влияние продолжительности обработки на состав сульфатцеллюлозной массы в сравнении с Phanerochae tesanguinea .