Beschreibung neuer Hefearten aus dem Termitendarm und Charakterisierung einer Xylanase von einer symbiotischen Hefe
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Die mikrobiellen Darmsymbionten von Termiten produzieren auch Cellulasen und Hemicellulasen. Diese unterstützen den Wirt beim Abbau von Lignocellulose. Die Hemicellulasen der Termitensymbionten sind, wie auch die Hefesymbionten, weitestgehend unerforscht. Neuartige robuste Xylanasen sind für die Produktion von Bioethanol aus Weizenstroh von Interesse.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden sieben lignocellulolytische Hefearten aus dem Darm von Termiten und einer Schabe isoliert und identifiziert. Die Persistenz der Hefen Apiotrichum mycotoxinivorans, Candida tropicalis und Sugiyamaella mastotermitis sp. nov. im Darm der Termite Mastotermes darwiniensis wurde bestätigt. Alle drei Hefearten zeigten Ethanoltoleranz. Candida tropicalis betrieb eine alkoholische Gärung und Sugiyamaella mastotermitis produzierte Ethanol. Der Darm von Mastotermes darwiniensis enthielt neben 11 mM Acetat bis zu 11 mM Ethanol. Dies ist der erste Ethanolnachweis im Termitendarm.
Die Hypothese einer weiten Verbreitung von Hefen im Darm von Termiten konnte durch die vorliegende Arbeit unterstützt werden. 13 Hefearten aus Termitendärmen verschiedener Spezies wurden in Reinkultur isoliert. Mindestens vier davon waren konstant mit dem Termitendarm assoziiert. Sechs Arten hatten eine lignocellulolytische Aktivität. Von den zwei neuen Arten Sugiyamaella mastotermitis und Papiliotrema odontotermitis wurden Erstbeschreibungen angefertigt. Beide wuchsen bei ungewöhnlich hohen Temperaturen (40 °C, 35 °C). Eine Rolle für den Wirt bei der Xylanspaltung und der Vitaminsynthese wird vermutet.
Der Hefestamm Saitozyma flava OO2 wurde als guter Xylanaseproduzent identifiziert. Dessen Endoxylanase „Xyl1“ der Glycosid-Hydrolasefamilie 11 (GHF 11) konnte aufgereinigt und biochemisch charakterisiert werden. Das Enzym bestand aus einer einzigen Domäne. Das Molekulargewicht von Xyl1 war typisch für GHF11-Xylanasen (20,4 kDa), ebenso wie der isolelektrische Punkt (pH 8,61), die Tertiärstruktur (β-Biskuitrolle) und die Abwesenheit von Nebenaktivitäten. Die Endprodukte waren Xylobiose und Xylotriose. Ein 3D-Homologie-modell auf der strukturellen Basis der Aspergillus niger-Xylanase XYNA wurde angefertigt und deutete auf eine hohe Konservierung des aktiven Zentrums hin. Ein Vergleich mit der homologen Xylanase CfXYN1 aus dem Isolat Saitozyma flava I-11 wurde angefertigt.
Die Xylanase Xyl1 zeigte eine hohe Aktivität und eine leicht überdurchschnittliche Substrataffinität. Xyl1 hatte eine Toleranz gegen Furfural, 5-Hydroxymethylfurfural und Ethanol. Die Hemmung durch Glucose und Cellobiose war schwach. Xylose und L-Arabinose hatten keine Hemmwirkung. Xylobiose aktivierte die Xylanspaltung (Optimum: 17,7 mM).
Die Xylanase Xyl1 eignet sich zum Einsatz in der Bioethanolproduktion und die gewonnenen Erkenntnisse sind ein wichtiger Beitrag zur mikrobiellen Ökologie des Termitendarmes.