Characterization and engineering of hexaric and hexuronic acid pathways in fungal microorganisms

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Richard, Peter
dc.contributor.author Wang, Jasmin
dc.date.accessioned 2016-06-17T12:34:09Z
dc.date.available 2016-06-17T12:34:09Z
dc.date.issued 2016-06-14
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/20912
dc.description.abstract Citrus juice production and sugar beet processing produce pectin-rich residues which are mainly used as animal feed. Food industry also uses pectin produced from citrus peel as gelling agent. The main constituent of pectin is D-galacturonic acid. The filamentous fungus Aspergillus niger is naturally capable of hydrolyzing pectin and it can catabolize galacturonic acid through pyruvate and glycerol. Hence, pectin-rich residues could provide a cost effective alternative for producing value-added products, for example, galactaric acid which has many potential applications in polymer synthesis and as a platform chemical. Galactaric acid could be produced by engineered A. niger. However, the acid is catabolized by the mould resulting in the lowered yield. This catabolic pathway of galactaric acid is still not known. The objectives of the Master’s thesis were to unravel the pathway for galactaric acid catabolism, characterize the proteins and construct a galactaric acid producing A. niger strain. In this study, eight potential genes involved in the catabolic pathways were investigated. The genes were deleted from the wild-type strain ATCC 1015 utilizing CRISPR/Cas9 technology, and galactaric acid utilization of the resulting mutant strains was investigated. To the best of my knowledge, this is the first report of using in vitro gRNA successfully in A. niger for targeted gene deletion by the CRISPR/Cas9 genome editing tool. Three of the investigated genes, 39114, 1090836 and 1121140, were concluded to be involved in the pathway. Blocking galacturonic and galactaric acid pathways by deleting genes gaaA and 39114, respectively, and expressing a heterologous gene udh, A. niger ΔgaaA udh Δ39114 was able to produce 4.3 ± 0.2 g/l galactaric acid from galacturonic acid in submerged fermentation. In solid-state and submerged fermentation, the strain produced 15.4 ± 0.6 and 82.3 ± 3.9 mg galactaric acid/g citrus processing waste on dry mass basis, respectively. en
dc.description.abstract Sitrusmehun tuotannossa ja sokerijuurikkaan käsittelyssä muodostuu runsaasti pektiiniä sisältävää jätettä, jota pääsääntöisesti käytetään rehuna. Elintarviketeollisuus käyttää myös sitrushedelmien kuorista valmistettua pektiiniä hyytelöimisaineena. Pektiinin pääkomponentti on D-galakturonihappo. Filamenttihome Aspergillus niger kykenee luonnostaan hydrolysoimaan pekniitiä ja katabolisoimaan galakturonihapon pyruvaatiksi ja glyseroliksi. Näin ollen runsaasti pektiiniä sisältävät jätteet voisivat tarjota taloudellisesti kannattavan vaihtoehdon arvokkaiden tuotteiden, esimerkiksi galaktaarihapon, valmistukselle. Galaktaarihapolla on monia potentiaalisia sovelluksia polymeerisynteesissä. Geenimuokatulla A. niger –homeella voidaan tuottaa galaktaarihappoa, mutta home myös kykenee katabolisoimaan galaktaarihappoa, mikä alentaa saantoa. Galaktaarihapon kataboliareitti A. niger –homeessa ei kuitenkaan ole tunnettu. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää galaktaarihapon kataboliareitti, karakterisoida reittiin kuuluvat entsyymit ja konstruoida galaktaarihappoa tuottava A. niger –kanta. Tässä työssä tutkittiin kahdeksan geeniä, jotka ovat mahdollisesti osana galaktaarihapon kataboliareittiä. Nämä geenit deletoitiin villityyppikannasta ATCC 1015 käyttämällä CRISPR/Cas9-teknologiaa. Parhaimman tiedon mukaan tämä on ensimmäinen raportti, jossa on käytetty in vitro gRNA:ta onnistuneesti geenien deletoimiseen CRISPR/Cas9 genomin muokkaustekniikalla. Kolme tutkituista geeneistä, 39114, 1090836 ja 1121140, todettiin olevan osana kataboliareittiä. Deletoimalla geenit gaaA ja 39114, jotka ovat galakturoni- ja galaktaarihapon kataboliareiteissä, ja ekpressoimalla heterologinen uhd geeni A. niger –homeessa, saatiin ΔgaaA udh Δ39114-kanta, joka tuotti nestekasvatuksessa 4.3 ± 0.2 g/l galaktaarihappoa galakturonihaposta. Kiintoaine- ja nestekasvatuksessa käytettäessä sitrushedelmien kuorijätettä substraattina kanta tuotti 15.4 ± 0.6 ja 82.3 ± 3.9 mg galaktaarihappoa/g sitrushedelmien kuorijäte kuivapainona. fi
dc.format.extent 70+11
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Characterization and engineering of hexaric and hexuronic acid pathways in fungal microorganisms en
dc.title Heksaari- ja heksuronihapporeittien karakterisointi ja muokkaus mikrosienissä fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword D-galacturonic acid en
dc.subject.keyword galactaric acid en
dc.subject.keyword citrus peel en
dc.subject.keyword filamentous fungi en
dc.subject.keyword Aspergillus niger en
dc.subject.keyword CRISPR/Cas9 en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201606172520
dc.programme.major Biotekniikka ja elintarviketekniikka fi
dc.programme.mcode KE3002 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Frey, Alexander
dc.programme KEM - Kemian tekniikan koulutusohjelma fi
dc.location PK fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account