Carbohydrate-active enzymes that modify the cell wall of Aspergillus niger:Biochemical properties and physiological functions during autolysis and differentiation

De schimmel Aspergillus niger wordt ingezet voor industriele productie van eiwitten en organische zuren. Schimmels zoals A. niger groeien door draad-achtige structuren te maken, welke worden omgeven door celwanden. Deze celwand wordt voortdurend veranderd doordat koolhydraat-actieve enzymen de koolhydraten in de celwand produceren, veranderen en afbreken. De focus van dit proefschrift ligt op de fysiologische rollen en biochemische kenmerken van koolhydraat-actieve enzymen die worden gemaakt gedurende koolstof-uithongering. In tijden van voedselschaarste kan de schimmel zijn eerder opgeslagen energie en koolstof – bijvoorbeeld in de celwand - hergebruiken om stress-resistente sporen te produceren. Er is in dit promotieonderzoek gekeken welke genen die coderen voor koolhydraat-actieve enzymen worden geactiveerd gedurende koolstof uithongering, en wat de invloed hierop is van twee belangrijke regulatoren. Twee van de geidentificeerde enzymen zijn vervolgens biochemisch gekarakteriseerd, chitinase CfcA en α-1,3-glucanase AgnB. Dit chitinase heeft eem rol in de celwand afbraak gedurende koolstofuithongering. Daarnaast is een set genen gevonden, coderen voor koolhydraat-actieve enzymen, die specifiek geactiveerd worden zodra de schimmel sporen maakt. Dit waren voornamelijk enzymen die voorspeld waren actief te zijn op de celwand koolhydraten chitine en β-1,3-glucan, onder andere de chitinases CfcI en CtcB. Biochemisch gekarakterisatie van chitinase CfcI liet zien dat het een voor schimmelchitinases nieuwe activiteit heeft; CfcI breekt korte chitine ketens af door er de suikermonomeer af te knippen. Een duidelijk begrip van de werking van deze enzymen zorgt voor een goede basis voor het verbeteren van enzymen en maakt potentieel het verbeteren van industriële groei van schimmels mogelijk.The fungus Aspergillus niger is used for the industrial production of proteins and organic acids. Fungi like A. niger grow by producing thread-like structures which are surrounded by a cell wall. This cell wall is dynamic, carbohydrate-active enzymes produce, change and degrade the carbohydrates in the cell wall. The focus of this thesis is on the physiological roles and biochemical properties of the carbohydrate-active enzymes that are made during carbon starvation. In times of nutrient shortage, the fungus can reuse his previously stored energy and carbon – for example in the cell wall – to produce stress-resistant spores. It was investigated which genes encoding carbohydrate-active enzymes are activated during carbon starvation, and how they are regulated. Two of the identified enzymes are subsequently characterized biochemically; chitinase CfcA and α-1,3-glucanase AgnB. This chitinase was found to have a role in cell wall degradation during carbon starvation. In addition, a set of genes was found that code for carbohydrate-active enzymes that are specifically activated when the fungus produces spores. These were mainly enzymes that were predicted to be active on the cell wall carbohydrates chitin and β-1,3-glucan, such as the chitinases CfcI en CtcB. Biochemical characterization of chitinase CfcI showed that it has a for fungal chitinases new activity; CfcI breaks down short chitin chains by leaving of the sugar monomer. A clear understanding of the enzymatic mechanisms behind cell wall changes, provides a firm basis for enzyme engineering, and potentially allows improvement of industrial fermentations