В мире грибов Aspergillus является промышленной суперзвездой. Например, Aspergillus niger десятилетиями использовался для производства лимонной кислоты - соединения, которое часто добавляют в пищевые продукты и фармацевтические препараты - путем ферментации в промышленных масштабах. Другие виды этого рода играют важную роль в производстве биотоплива, а также в обеспечении здоровья растений и человека. Поскольку большинство из его 350 видов еще предстоит секвенировать и проанализировать, исследователи все еще находятся на вершине айсберга, когда дело доходит до понимания полного потенциала Aspergillus и спектра полезных соединений, которые они могут генерировать.
В исследовании, опубликованном 14 февраля 2017 года в журнале Genome Biology, международная группа, включающая исследователей из Объединенного института генома Министерства энергетики США (DOE JGI), пользовательского центра Министерства энергетики США, сообщает о секвенировании геномов. из 10 новых видов Aspergillus, что более чем вдвое превышает количество видов Aspergillus, секвенированных на сегодняшний день. Недавно секвенированные геномы сравнивали с восемью другими секвенированными видами Aspergillus. С помощью этого первого в истории исследования всего рода международный консорциум обнаружил, что Aspergillus обладает большим геномным и функциональным разнообразием, чем предполагалось ранее, что расширило диапазон потенциальных применений грибов, считающихся одними из самых важных рабочих лошадок в биотехнологии.
"Несколько видов Aspergillus уже установили статус клеточных фабрик для ферментов и метаболитов. Однако мало что известно о разнообразии видов на геномном уровне, и эта статья демонстрирует, насколько разнообразны виды этого рода," сказал ведущий автор исследования Рональд де Врис из Вестердайкского института грибкового биоразнообразия в Нидерландах.«Нельзя предполагать, что вид Aspergillus будет иметь ту же физиологию, что и более изученный вид рода».
Исследование, проведенное в рамках Программы общественной науки Министерства энергетики JGI, также демонстрирует важность оценки биоразнообразия внутри рода, чтобы понять, как грибы могут быть более эффективно использованы для решения различных проблем.
Секвенирование разнообразного набора геномов Aspergillus позволяет исследователям создать более полный каталог ферментов для биотехнологических приложений, добавил руководитель программы геномики грибов JGI Министерства энергетики США Игорь Григорьев, старший автор статьи. Эти приложения включают использование Aspergillus для защиты сельскохозяйственных культур и защиты растений от агентов, которые могут вызывать заболевания у растений.
Сравнивая недавно секвенированные геномы с уже имеющимися, исследователи обнаружили огромное разнообразие углевод-активных ферментов (CAZymes) среди видов Aspergillus, что позволяет предположить различные стратегии расщепления растительной биомассы. CAZymes отвечают за разрушение клеточных стенок растений, что полезно для промышленной переработки растений, которые Министерство энергетики рассматривает как биоэнергетические культуры-кандидаты. Сахара, которые являются частью этих клеточных стенок, не могут быть получены и ферментированы для производства биотоплива, если стенки не разрушаются такими агентами, как CAZymes..
"Каждый из этих 10 геномов кодирует уникальный состав CAZymes, а более широкий ассортимент помогает создавать ферментные коктейли, лучше подходящие для различных типов биомассы растений, чтобы эффективно превращать их в биотопливо", - сказал Григорьев..
В дополнение к биотопливу, CAZymes также может способствовать производству бумаги, текстиля, продуктов питания, кормов и фармацевтических препаратов, по словам де Вриса.
Сравнительный анализ геномов также позволил исследователям выявить большое разнообразие генов, которые: 1) позволяют грибам производить вторичные метаболиты, соединения, которые могут быть полезны, например, для защиты растений; и 2) позволяют грибам переносить стресс. Полученные знания о вторичном метаболизме и реакции на стресс помогут лучше понять механизмы, лежащие в основе этих функций.
Но, несмотря на полученные новые знания, де Врис подчеркивает, что многое еще остается неизвестным в отношении всего спектра того, что может делать Aspergillus. «Еще многое предстоит узнать и извлечь из лучшего изучения [аспергилла]», - сказал он. «Потенциал применения внутри рода почти не затронут». Григорьев добавляет: «Вдохновленные результатами этого исследования, мы теперь продолжаем более глубокое изучение рода Aspergillus, определяя последовательности оставшихся 300 видов, каждый из которых несет уникальный состав генов, ферментов и путей»