Recombinant xpression and characterisation of putative polystyrene degrading enzymes in Trichoderma reesei

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2020-06-15

Department

Major/Subject

Biosystems and Biomaterials Engineering

Mcode

CHEM3028

Degree programme

Master’s Programme in Life Science Technologies

Language

en

Pages

78 + 13

Series

Abstract

Accumulating plastic waste has turned into a global issue, due to the currently dominating linear value chain of plastic materials. Only a fraction of all plastics produced is returned to the value chain by recycling, and the rest is destroyed by incineration or ends up in nature. The linear value chain does not only lead to great economic loss but contributes significantly to environmental pollution and disrupts ecosystems. New efficient methods for recycling plastic waste could help increase the recycling rate. This master’s thesis studies the polymer degrading capability of putative polystyrene degrading enzymes that could be utilised in biotechnical recycling of polystyrene. Polystyrene is considered non-biodegradable and highly recalcitrant to degradation due to its complex chemical structure. No polystyrene degrading enzymes have previously been characterised, although polystyrene degrading microorganisms have been described. The putative polystyrene degrading enzymes originate from a white-rot fungus, capable of degrading polystyrene. The approach adapted in this work for studying their polystyrene degrading capability was recombinant expression of the enzymes with the synthetic expression system (SES) in the expression host Trichoderma reesei. Eight strains of T. reesei were successfully constructed and the culture supernatants were screened for enzyme activity. The polymer degrading capability was assayed on several polymers, and degradation products were looked for with gas-chromatography mass-spectrometry and high-performance liquid chromatography. However, no degradation products could be detected. It was evident that both the expression and the reaction conditions need to be further optimised before definite conclusions on the polystyrene degrading capability can be drawn.

Ackumulationen av plastavfall har vuxit till ett stort globalt problem på grund av materialets lineära värdekedja. Endast en bråkdel av all tillverkad plast returneras till värdekedjan genom återvinning. Resten går förlorad genom förbränning eller hamnar i naturen. Den lineära värdekedjan resulterar inte bara i stor ekonomisk förlust, utan bidrar även avsevärt till miljöförorening och sätter ekosystem ur balans. Nya effektiva metoder för att återvinna plastavfall kunde främja plaståtervinningen. Det här diplomarbetet studerar de polymernedbrytande egenskaperna av förmodade polystyren-nedbrytande enzymer som kunde utnyttjas i bioteknisk återvinning av polystyren. Polystyren anses vara icke-bionedbrytbar och är väldigt resistent mot nedbrytning på grund av dess komplexa kemiska struktur. Inga polystyrennedbrytande enzymer har tidigare karakteriserats, även om polystyrennedbrytande mikroorganismer har beskrivits. De förmodade polystyrennedbrytande enzymerna härstammar från en vitrötesvamp kapabel att bryta ner polystyren. Tillvägagångssättet som tillämpades i detta arbete för att studera deras polystyrennedbrytande egenskaper, var rekombinant uttryck av enzymerna med det syntetiska uttryckssystemet SES i värdorganismen Trichoderma reesei. Åtta stammar av T. reesei var med framgång konstruerade och kultursupernatanterna sållades för enzymaktivitet. Polymernedbrytningsförmågan testades på flera olika polymerer, och de resulterande nedbrytningsprodukterna undersöktes med gaskromatografi-masspektrometri och högupplösande vätskekromatografi. Inga nedbrytningsprodukter kunde dessvärre upptäckas. Bevisligen behöver både uttrycks- och reaktionsförhållandena vidare optimeras innan definitiva slutsatser gällande den polystyrennedbrytande förmågan kan dras.

Description

Supervisor

Frey, Alexander

Thesis advisor

Koivuranta, Kari

Keywords

plastic degradation, polystyrene, white-rot fungus, Trichoderma reesei

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202006213936

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM