Soukaina Arif;Hasna Nait M'Barek;Boris Bekaert;Mohamed Ben Aziz;Mohammed Diouri;Geert Haesaert;Hassan Hajjaj
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.5
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pp.1017-1028
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2024
Lignocellulolytic enzymes play a crucial role in efficiently converting lignocellulose into valuable platform molecules in various industries. However, they are limited by their production yields, costs, and stability. Consequently, their production by producers adapted to local environments and the choice of low-cost raw materials can address these limitations. Due to the large amounts of olive stones (OS) generated in Morocco which are still undervalued, Penicillium crustosum, Fusarium nygamai, Trichoderma capillare, and Aspergillus calidoustus, are cultivated under different fermentation techniques using this by-product as a local lignocellulosic substrate. Based on a multilevel factorial design, their potential to produce lignocellulolytic enzymes during 15 days of dark incubation was evaluated. The results revealed that P. crustosum expressed a maximum total cellulase activity of 10.9 IU/ml under sequential fermentation (SF) and 3.6 IU/ml of β-glucosidase activity under submerged fermentation (SmF). F. nygamai recorded the best laccase activity of 9 IU/ml under solid-state fermentation (SSF). Unlike T. capillare, SF was the inducive culture for the former activity with 7.6 IU/ml. A. calidoustus produced, respectively, 1,009 ㎍/ml of proteins and 11.5 IU/ml of endoglucanase activity as the best results achieved. Optimum cellulase production took place after the 5th day under SF, while ligninases occurred between the 9th and the 11th days under SSF. This study reports for the first time the lignocellulolytic activities of F. nygamai and A. calidoustus. Furthermore, it underlines the potential of the four fungi as biomass decomposers for environmentally-friendly applications, emphasizing the efficiency of OS as an inducing substrate for enzyme production.
This study was conducted in order to perform efficient extraction of lignocellulolytic enzymes amylase (EC 3.2.1.1), cellulase (EC 3.2.1.4), laccase (EC 1.10.3.2), and xylanase (EC 3.2.1.8) from spent mushroom compost (SMC) of Pleurotus ostreatus, P. eryngii, and P. cornucopiae. Optimal enzyme recovery was achieved when SMCs were extracted with 50 mM sodium citrate (pH 4.5) buffer at $4^{\circ}C$ for 2 hr. Amylase, cellulase, and xylanase activities showed high values in extracts from P. ostreatus SMC, with 2.97 U/g, 1.67 U/g, and 91.56 U/g, respectively, whereas laccase activity and filter paper degradation ability were highest in extracts from P. eryngii SMC, with values of 9.01 U/g and 0.21 U/g, respectively. Enzymatic activities varied according to the SMCs released from different mushroom farms. The synthetic dyes remazol brilliant blue R and Congo red were decolorized completely by the SMC extract of P. eryngii within 120 min, and the decolorization ability of the extract was comparable to that of 0.3 U of commercial laccase. In addition, laccase activity of the SMC extract from P. eryngii was compared to that of commercial enzymes or its industrial application in decolorization.
Sixty strains of Pleurotus ostreatus, white-rot fungi, were screened for production ability of their lignocellulolytic enzymes to selectively wood degradation. That results were shown that all of screened strains were produced lignocellulolytic enzymes on 2nd screening liquid culture medium. However, cellulase activity of selected six strains of P. ostreatus was low in avicel-yeast-peptone liquid culture medium. In the case of xylan degrading enzyme, No. 6 and No. 38 strains produced a xylanase(above 1.0U/ml) and a 1,4-${\beta}$-xylosidase (above 0.15 U/ml). Examination of the ligninolytic enzyme profiles of selected thirteen strains of the P. ostreatus, in the presence of Remazol Brilliant Blue R(RBBR), were observed that laccase(Lac) activity were earlier reached maximum level(0.8-2.0 U/ml) and then Mn-dependent peroxidase (MnP) were reached maximum level(0.5-1.5 U/ml) in glucose-yeast-peptone(GYP) medium. On the other hand, activity of lignin peroxidase(LiP) was not detected in this medium. I selected the No. 42 strain of P. ostreatus produced high levels of Mn-dependent peroxidase and laccase based on the screening method.
Basidiomycetous fungi are one of the most potent biodegraders because many of its species grow on dead wood or litter, in environments rich in lignocellulose. For the degradation of lignocellulose, basidiomycetes utilize their lignocellulytic enzymes, which typically include laccase (EC 1.10.3.2), lignin peroxidase (EC 1.11.1.14), xylanase (EC 3.2.1.8), and cellulase (EC 3.2.1.4). In recent years, the practical applications of basidiomycetes have ranged from the textile to the pulp and paper industries, and from food applications to bioremediation processes and industrial enzymatic saccharification of biomass. Recently, spent mushroom substrates of edible mushrooms have been used as sources of bulk enzymes to decolorize synthetic dyes in textile wastewater. In this review, the occurrence, mode of action, general properties, and production of lignocellulytic enzymes from mushroom species will be discussed. We will also discuss the potential applications of these enzymes.
Yunan, Nurul Anisa Mat;Shin, Tan Yee;Sabaratnam, Vikineswary
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.31
no.6
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pp.823-832
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2021
Mushroom cultivation along with the palm oil industry in Malaysia have contributed to large volumes of accumulated lignocellulosic residues that cause serious environmental pollution when these agroresidues are burned. In this study, we illustrated the utilization of lignocellulolytic enzymes from the spent mushroom substrate of Pleurotus pulmonarius for the hydrolysis of palm oil mill effluent (POME). The hydrolysate was used for the production of biohydrogen gas and enzyme assays were carried out to determine the productivities/activities of lignin peroxidase, laccase, xylanase, endoglucanase and β-glucosidase in spent mushroom substrate. Further, the enzyme cocktails were concentrated for the hydrolysis of POME. Central composite design of response surface methodology was performed to examine the effects of enzyme loading, incubation time and pH on the reducing sugar yield. Productivities of the enzymes for xylanase, laccase, endoglucanase, lignin peroxidase and β-glucosidase were 2.3, 4.1, 14.6, 214.1, and 915.4 U g-1, respectively. A maximum of 3.75 g/lof reducing sugar was obtained under optimized conditions of 15 h incubation time with 10% enzyme loading (v/v) at a pH of 4.8, which was consistent with the predicted reducing sugar concentration (3.76 g/l). The biohydrogen cumulative volume (302.78 ml H2.L-1 POME) and 83.52% biohydrogen gas were recorded using batch fermentation which indicated that the enzymes of spent mushroom substrate can be utilized for hydrolysis of POME.
One of the most economically viable processes for the bioconversion of many lignocellulosic waste is represented by white rot fungi. Phanerochaete chrysosporium is one of the important commercially cultivated fungi which exhibit varying abilities to utilize different lignocellulosic as growth substrate. Examination of the lignocellulolytic enzyme profiles of the two organisms Phanerochaete chrysosporium and Rhizopus stolonifer show this diversity to be reflected in qualitative variation in the major enzymatic determinants (ie cellulase, xylanase, ligninase and etc) required for substrate bioconversion. For example P. chrysosporium which is cultivated on highly lignified substrates such as wood (or) sawdust, produces two extracellular enzymes which have associated with lignin deploymerization. (Mn peroxidase and lignin peroxidase). Conversely Rhizopus stolonifer which prefers high cellulose and low lignin containg substrates produce a family of cellulolytic enzymes including at least cellobiohydrolases and ${\beta}-glucosidases$, but very low level of recognized lignin degrading enzymes.
Subculture is the most common method for preservation fungi, but has a disadvantage of accumulation of spontaneous mutations during the repeated subculture. To reduce the subculture frequency, the effect of preservation period at $4^{\circ}C$ in a slant culture was examined on the mycelia growth and lignocellulolytic enzyme activities of various basidiomycetes. Mushrooms, including Stereum ostrea, Coprinellus micaeus, Trametes versicolor, Hypholoma fasciculare, Wolfiporia extensa, Pleurotus pulmonarius, Piptoporus betulinus and Ganoderma applanatum were not affected by the preservation period more than two years, indicating that they can be maintained by subculture every two years. Some other tested fungal strains showed a significant decrease in both viability and enzyme activity when they were maintained for two years, suggesting that they should be subcultured at least once in a year. A little correlation was found between the recovery of mycelial growth and extracellular enzyme activity. In conclusion, mycelial activity and enzyme activity according to storage period is expected to be a way of deciding on subculture times for fungal preservation.
To obtain an efficient natural lignocellulolytic complex enzyme, we screened an efficient lignocellulose-degrading composite microbial system (XDC-2) from composted agricultural and animal wastes amended soil following a long-term directed acclimation. Not only could the XDC-2 degrade natural lignocelluloses, but it could also secrete extracellular xylanase efficiently in liquid culture under static conditions at room temperature. The XDC-2 degraded rice straw by 60.3% after fermentation for 15 days. Hemicelluloses were decomposed effectively, whereas the extracellular xylanase activity was dominant with an activity of 8.357 U/ml on day 6 of the fermentation period. The extracellular crude enzyme noticeably hydrolyzed natural lignocelluloses. The optimum temperature and pH for the xylanase activity were $40^{\circ}C$ and 6.0. However, the xylanase was activated in a wide pH range of 3.0-10.0, and retained more than 80% of its activity at $25-35^{\circ}C$ and pH 5.0-8.0 after three days of incubation in liquid culture under static conditions. PCR-DGGE analysis of successive subcultures indicated that the XDC-2 was structurally stable over long-term restricted and directed cultivation. Analysis of the 168 rRNA gene clone library showed that the XDC-2 was mainly composed of mesophilic bacteria related to the genera Clostridium, Bacteroides, Alcaligenes, Pseudomonas, etc. Our results offer a new approach to exploring efficient lignocellulolytic enzymes by constructing a high-performance composite microbial system with synergistic complex enzymes.
Whole-genome sequencing of Flammulina ononidis, a wood-rotting basidiomycete, was performed to identify genes associated with carbohydrate-active enzymes (CAZymes). A total of 12,586 gene structures with an average length of 2009 bp were predicted by the AUGUSTUS tool from a total 35,524,258 bp length of de novo genome assembly (49.76% GC). Orthologous analysis with other fungal species revealed that 7051 groups contained at least one F. ononidis gene. In addition, 11,252 (89.5%) of 12,586 genes for F. ononidis proteins had orthologs among the Dikarya, and F. ononidis contained 8 species-specific genes, of which 5 genes were paralogous. CAZyme prediction revealed 524 CAZyme genes, including 228 for glycoside hydrolases, 21 for polysaccharide lyases, 87 for glycosyltransferases, 61 for carbohydrate esterases, 87 with auxiliary activities, and 40 for carbohydrate-binding modules in the F. ononidis genome. This genome information including CAZyme repertoire will be useful to understand lignocellulolytic machinery of this white rot fungus F. ononidis.
Fungal biotechnology has been well established in food and healthcare sector, and now being explored for lignocellulosic biorefinery due to their great potential to produce a wide array of extracellular enzymes for nutrient recycling. Due to global warming, environmental pollution, green house gases emission and depleting fossil fuel, fungal enzymes for lignocellulosic biomass refinery become a major focus for utilizing renewal bioresources. Proteomic technologies tender better biological understanding and exposition of cellular mechanism of cell or microbes under particular physiological condition and are very useful in characterizing fungal secretome. Hence, in addition to traditional colorimetric enzyme assay, mass-spectrometry-based quantification methods for profiling lignocellulolytic enzymes have gained increasing popularity over the past five years. Majority of these methods include two dimensional gel electrophoresis coupled to mass spectrometry, differential stable isotope labeling and label free quantitation. Therefore, in this review, we reviewed more commonly used different proteomic techniques for profiling fungal secretome with a major focus on two dimensional gel electrophoresis, liquid chromatography-based quantitative mass spectrometry for global protein identification and quantification. We also discussed weaknesses and strengths of these methodologies for comprehensive identification and quantification of extracellular proteome.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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