Increased cellulase activity of Schizophyllum commune EO22 in binary associations with streptomycetes

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The search for new methods for activating and controlling the enzymatic activity of cellulose destructor organisms through joint cultivation is relevant. Schizophyllum commune is a basidiomycete from the group of white rot fungi, known for its biotechnological versatility. It has not yet found effective application in the field of bioconversion of agricultural waste, in particular, straw of cereals. An assessment of the possibility of creating based on a strain S. commune EO22 artificial bacterial and fungal associations for the development of an effective strategy for the utilization of straw, a by-product of crop production. The effects of co-cultivation of S. commune EO22 with cellulolytically active bacteria of the genus Streptomyces were studied. The dynamics of cellulase activity was determined during the cultivation of S. commune EO22 fungus in monoculture and in binary cultures with strains Streptomyces griseoaurantiacus Mb4-2, S. thermocarboxydus T1-3, S. hygroscopicus N27-25, “S. ryensis” H13-3. Binary crops were grown in a liquid mineral medium with straw as the only carbon source. The enzyme activity was measured in a culture liquid supernatant at 50°C and pH 5 according to the initial rate of formation of reducing sugars, the concentration of which was determined spectrophotometrically at 540 nm with a reagent based on 3,5‑dinitrosalicylic acid. As a unit of activity, such an amount of enzyme was taken, when exposed to the substrate in an enzymatic reaction, 1 micromole of reducing sugars in terms of glucose equivalent is formed in 1 hour. The cellulase activity of Schizophyllum commune EO22 joint cultures with each of the bacterial strains reached a maximum 3–6 days earlier than in the monoculture of the fungus (maximum reached on the 7th day) under the same conditions. When the fungus was co-cultured with the Mb4-2 strain, there was no significant increase in cellulase activity (122 ± 13.1 units/ml) compared with the monoculture of the fungus (114.4 ± 37.1 units/ml). The maxima of cellulase activity of binary associations with strains T1-3, N27-25 and H13-3 exceeded the maximum of the S. commune EO22 monoculture by 2.3, 1.6 and 1.3 times, respectively. The degree of decomposition of straw, determined by weight loss, increased by 10.3, 2.3 and 22.4%, respectively, compared with the monoculture of the fungus. There was no statistically significant correlation between a decrease in straw weight and cellulase activity under experimental conditions. The results obtained indicate the prospects of creating artificial bacterial and fungal associations for the effective destruction of straw and other cellulose-containing waste from crop production.

About the authors

I. G. Shirokikh

Federal Scientific Agricultural Center of the North-East named N. V. Rudnitsky; Vyatka State University

Email: irgenal@mail.ru
Kirov, Russia; Kirov, Russia

N. A. Bokov

Federal Scientific Agricultural Center of the North-East named N. V. Rudnitsky; Vyatka State University

Email: nikita-bokov@mail.ru
Kirov, Russia; Kirov, Russia

A. A. Shirokikh

Federal Scientific Agricultural Center of the North-East named N. V. Rudnitsky; Vyatka State University

Email: aleshirokikh@yandex.ru
Kirov, Russia; Kirov, Russia

References

  1. Abd Razak D.L., Abd Ghani A., Lazim M.I.M. et al. Schizophyllum commune (Fries) mushroom: A review on its nutritional components, antioxidative and anti-inflammatory properties. Curr. Opin. Food Sci. 2024. V. 56. P. 101129. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2024.101129
  2. Arnthong J., Chuaseeharonnachai C., Boonyuen N. et al. Cooperative decomposition of rice straw by co-cultivation of cellulolytic fungi. Chiang Mai J. Sci. 2018. V. 45 (2). P. 645–652.
  3. Baranova M.A., Logacheva M.D., Penin A.A. et al. Extraordinary genetic diversity in a wood decay mushroom. Molecular Biol. Evol. 2015. V. 32 (10). P. 2775–2783. https://doi.org/10.1093/molbev/msv153
  4. Bentley S.D., Chater K.F., Cerdeno-Tárraga A.-M. et al. Complete genome sequence of the model actinomycete Streptomyces coelicolor A3(2). Nature. 2002. V. 417. P. 141–147. https://doi.org/10.1038/417141a
  5. Bertrand S., Bohni N., Schnee S. et al. Metabolite induction via microorganism co-culture: A potential way to enhance chemical diversity for drug discovery. Biotechnol. Adv. 2014. V. 32. P. 1180–1204.
  6. Bezmenova A.V., Zvyagina E.A., Fedotova A.V. et al. Rapid accumulation of mutations in growing mycelia of a hypervariable fungus Schizophyllum commune. Molec. Biol. Evol. 2020. V. 37 (8). P. 2279–2286. https://doi.org/10.1093/molbev/msaa083
  7. Brown J.L., Swift C.L., Mondo S.J. et al. Co-cultivation of the anaerobic fungus Caecomyces churrovis with Methanobacterium bryantii enhances transcription of carbohydrate binding modules, dockerins, and pyruvate formate lyases on specific substrates. Biotechnology for Biofuels. 2021. V. 14. P. 1–16. https://doi.org/10.1007/s10295-019-02188-0
  8. Chung Y.-H., Kim H., Ji C.-H. Comparative genomics reveals a remarkable biosynthetic potential of the Streptomyces phylogenetic lineage associated with rugose-ornamented spores. mSystems. 2021. V. 6. P. 1–15. https://doi.org/10.1128/mSystems.00489-21
  9. Cortes-Tolalpa L., Salles J.F., van Elsas J.D. Bacterial synergism in lignocellulose biomass degradation – complementary roles of degraders as influenced by complexity of the carbon source. Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 1–14. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01628
  10. De Groot R.C. Interactions between wood decay fungi and Streptomyces species. Bull. Torrey Bot. Club. 1971. P. 336–339.
  11. Finger M., Palacio-Barrera A. M., Richter P. et al. Tunable population dynamics in a synthetic filamentous coculture. Microbiologyopen. 2022. V. 11(5). P. e1324. https://doi.org/10.1002/mbo3.1324
  12. Ghose T.K. Measurement of cellulase activities. Pure and applied chemistry. 1987. V. 59 (2). P. 257–268.
  13. Kovalchuk M.V., Naraykin O.S., Yatsishina E.B. Nature-like technologies: new opportunities and new challenges. Vestnik Rossiyskoy akademii nauk. 2019. V. 89 (5). P. 455– 465. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0869-5873895455-465
  14. Krause K., Jung E-M., Lindner J. et al. Response of the wood-decay fungus Schizophyllum commune to co-occurring microorganisms. PLOS One. 2020. V. 15 (4). P. e0232145. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0232145
  15. Kumar A., Bharti A.K., Bezie Y. Schizophyllum commune: A fungal cell-factory for production of valuable metabolites and enzymes. BioResources. 2022. V. 17 (3). P. 5420–5436. https://doi.org/10.15376/biores.17.3.kumar
  16. Llamas M., Greses S., Magdalena J.A. et al. Microbial co-cultures for biochemicals production from lignocellulosic biomass: a review. Bioresource Technology. 2023. V. 386. e129499. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129499
  17. Nicault M., Zaiter A., Dumarcay S. et al. Elicitation of antimicrobial active compounds by Streptomyces-fungus co-cultures. Microorganisms. 2021. V. 9 (1). P. 178. https://doi.org/10.3390/microorganisms9010178
  18. Ohm R., de Jong J., Lugones L.G. et al. Genome sequence of the model mushroom Schizophyllum commune. Nat. Biotechnol. 2010. V. 28. P. 957–963. https://doi.org/10.1038/nbt.1643
  19. Qian X., Chen L., Sui Y. et al. Biotechnological potential and applications of microbial consortia. Biotechnology advances. 2020. V. 40. P. 107500. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2019. 107500
  20. Selegato D.M., Castro-Gamboa I. Enhancing chemical and biological diversity by co-cultivation. Front. Microbiol. 2023. V. 14. P. 1117559. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1117559
  21. Swift C.L., Brown J.L., Seppälä S. et al. Co-cultivation of the anaerobic fungus Anaeromyces robustus with Methanobacterium bryantii enhances transcription of carbohydrate active enzymes. J. Industrial Microbiol. Biotechnol. 2019. V. 46 (9–10). P. 1427–1433. https://doi.org/10.1007/s10295-019-02188-0
  22. Tovar-Herrera O.E., Martha-Paz A.M., Pérez-LLano Y. et al. Schizophyllum commune: An unexploited source for lignocellulose degrading enzymes. Microbiology Open. 2018. V. 7 (3). P. e00637. https://doi.org/10.1002/mbo3.637
  23. Verma P., Madamwar D. Production of ligninolytic enzymes for dye decolorization by cocultivation of white-rot fungi Pleurotus ostreatus and Phanerochaete chrysosporium under solid-state fermentation. Applied biochemistry and biotechnology. 2002. V. 102. P. 109–118. https://doi.org/10.1385/abab:102-103:1-6:109
  24. Zhu N., Liu J., Yang J. et al. Comparative analysis of the secretomes of Schizophyllum commune and other wood-decay basidiomycetes during solid-state fermentation reveals its unique lignocellulose-degrading enzyme system. Biotechnology for Biofuels. 2016. V. 9 P. 1–22. https://doi.org/10.1186/s13068-016-0461-x
  25. Ковальчук М.В., Нарайкин О.С., Яцишина Е.Б. (Kovalchuk et al.) Природоподобные технологии: новые возможности и новые вызовы // Вестник Российской академии наук. 2019. Т. 89 (5). С. 455–465.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».