Aspergillus niger -sienen myo-inositolin kuljetusproteiinien karakterisointi

Abstract

Aspergillus niger on rihmamainen sieni, jota on käytetty yli 100 vuoden ajan teollisuudessa ja bioteknologiassa, erityisesti entsyymien, orgaanisten happojen ja proteiinien tuotannossa. A. niger -sieni pystyy tehokkaasti pilkkomaan kasvibiomassan polysakkarideja, mutta pilkkomistuotteiden hyödyntämiseen sieni tarvitsee sokerinkuljettajaproteiineja.

Sokerinkuljettajaproteiinit mahdollistavat sokerin siirtymisen solukalvon läpi ja ovat keskeisessä roolissa sienen ainevaihdunnassa. A. niger -sienellä on ennustettu olevan 90 sokerinkuljettajaproteiinia koodaavaa geeniä, mutta vain 11 niistä on karakterisoitu. Sokerinkuljettajaproteiinien karakterisointi edistää niiden toiminnan ymmärtämistä ja mahdollistaa bioteknisten tuotantoprosessien kehittämistä.

Tässä tutkimuksessa karakterisoitiin funktionaalisesti kolme A. niger -sienestä peräisin olevaa sokerinkuljettajaproteiinia, MitA, MitB ja MitC. Tutkitut sokerinkuljettajaproteiinit ovat fylogeneettisen analyysin perusteella ennustettu kuljettavan inositoleja ja heksooseja. Tutkimuksessa käytetään Saccharomyces cerevisiae IMK1010-kantaa malliorganismina, jolta on poistettu heksoosi- ja disakkaridikuljettajat sekä disakkaridihydrolaasit. Kantoihin ilmennettiin tutkittavat sokerinkuljettajaproteiinit GFP-leimattuina, ja niiden rakennetta ja toimintaa arvioitiin bioinformatiikan ja kasvukokeiden avulla.

Tulosten perusteella A. niger MitB on mahdollisesti matalan affiniteetin glukoosi- ja fruktoosikuljettaja, sillä kasvua havaittiin näillä sokereilla korkeissa konsentraatioissa. Sen sijaan MitA ja MitC eivät kuljettaneet mitään tutkittuja sokereita. Yksikään tutkituista kuljettajista ei kasvanut myo-inositolilla, mutta niiden aminohapposekvenssit osoittivat samankaltaisuutta aiemmin karakterisoitujen myo-inositolikuljettajaproteiinien kanssa. Tämä viittaa mahdolliseen funktionaaliseen yhteyteen, joka vaatii jatkotutkimuksia kuljetuskyvyn vahvistamiseksi.

Aspergillus niger is a filamentous fungus that has been used for over 100 years in industry and biotechnology, for producing enzymes, organic acids and proteins. A. niger can efficiently degrade polysaccharides in plant biomass, but to utilize the degradation products, the fungus requires sugar transporter proteins.

Sugar transporter proteins facilitate the transport of sugars across the cell membrane and play an important role in the metabolism of fungi. A. niger is predicted to have 90 genes encoding sugar transporter proteins, but only 11 of them have been characterized. Characterizing these transporters improves our understanding of their function and supports the development of biotechnological production processes.

In this study, three sugar transporter proteins, MitA, MitB and MitC. Based on phylogenetic analysis, these sugar transport proteins are predicted to transport inositols and hexoses. A. niger were functionally characterized using the Saccharomyces cerevisiae IMK1010 strain as a platform. This strain lacks hexose and disaccharide transports, as well as disaccharide hydrolases. The transporter proteins were expressed in the yeast strains as GFP-tagged constructs, and their structure and function were analyzed using bioinformatic tools and growth assays.

Based on the results, A. niger MitB is potentially a low-affinity glucose and fructose transporter, as growth was observed on these sugars only at high concentrations. However, MitA and MitC did not transport any of the tested sugars. None of the transporters grew on myo-inositol but their amino acid sequences showed similarity to previously characterized myo-inositol transporter proteins. This suggests a potential functional link, which requires further studies to confirm their transport capability.