New Secretory Peroxidases and Peroxygenases from Saprotrophic Fungi of Kenyan Forests

Die vorliegende Dissertation befasst sich vor dem Hintergrund von pilzlicher Ökophysiologie und Umweltbiotechnologie mit der Isolierung, Reinigung und Charakterisierung von neuartigen Oxidoreduktasen aus kenianischen Pilzen (Eumycota). Unter Verwendung von selektiven, antibiotikahaltigen Agarmedien wurde 2016 eine Stammsammlung von 43 pilzlichen Isolaten angelegt, die Totholz, Laubstreu und Boden besiedelnde Arten umfasst und drei verschiedene kenianische Waldtypen und Biodiversitätsschwerpunkte berücksichtigt (ostafrikanische Regen-, Berg- und Küstenwälder). Die Isolate gehörten zu 21 Familien aus drei (Unter)stämmen: Basidiomycota, Ascomycota und Mucoromycotina. Unter ihnen befanden sich Weißfäulepilze und Streuzersetzer (aus den Familien Polyporaceae und Strophariceae), ein polyporaler Braunfäulepilz (Fomitopsis meliae) und zwei Vertreter der Familie Xylariaceae, die eine Moderfäule hervorrufen. Auf Grundlage morphologischer und molekularbiologischer Analysen konnte eine neue Art der Blätterpilz-Gattung Psathyrella identifiziert und als P. aberdarensis beschrieben werden. Extrazelluläre Aktivitäten von Unspezifischer Peroxygenase (UPO, EC 1.11.2.1) and DyP-Typ-Peroxidase (DyP, EC 1.11.1.19) wurden für einige der pilzlichen Isolate nachgewiesen, u.a. für P. aberdarensis (PabUPO) und den ascomycetalen Moderfäulepilz Xylaria grammica (XgrDyP). Die zugehörigen Enzymproteine wurden gereinigt und biochemisch characterisiert. Die PabUPOs werden in Form von drei verschiedenen Isoenzymen/Isoformen exprimiert und realisieren ungewöhnlich breite pH-Profile bei entsprechend hoher Enzymstabilität. Sie gehören zur Proteinfamilie der “langen” UPOs und katalysieren typische Peroxygenierungen, u.a. die Oxidation von Alkoholen, die Spaltung von Ethern, die Demethylenierung, die Oxygenierung aromatischer Ringe und – darüber hinaus – die Oxidation von Formylfurancarbonsäure zu Furandicarbonsäure (eine spezifische Reaktion, die für die Herstellung von biobasierten Polyestern aus nach
The present dissertation deals, against the background of fungal eco-physiology and environmental biotechnology, with the isolation, purification and characterization of new fungal oxidoreducatses from Kenyan fungi (Eumycota). By using selective agar media supplemented with antibiotics, a culture collection comprising 43 fungal isolates dwelling in deadwood, leaf-litter and soil was established in 2016, considering three different Kenyan forest types and biodiversity hotspots (East African rainforest, mountain and coastal forests). The isolates turned out to belong to 21 families of the (sub)phyla Basidiomycota, Ascomycota and Mucoromycotina. Among them were white-rot and litter-decomposing fungi (from the families Polyporaceae and Strophariceae), a polyporous brown-rot species (Fomitopsis meliae) and two members of the family Xylariaceae causing soft-rot. By morphological and molecular analyses, a new species of the agaric genus Psathyrella was identified and described as Psathyrella aberdarensis. Extracellular activities of unspecific peroxygenase (UPO, EC 1.11.2.1) and DyP-type peroxidase (DyP, EC 1.11.1.19) were demonstrated for a few of the fungal isolates, among them P. aberdarensis (PabUPO) and the soft-rot ascomycete Xylaria grammica (XgrDyP), respectively. The corresponding enzyme proteins were purified and characterized. PabUPOs occur in form of three different isoenzymes/isoforms realizing unusually broad pH-profiles and stabilities. They belong to the clade of ‘long’ UPOs and catalyze typical peroxygenations, i.e. alcohol oxidation, ether cleavage, demethylenation, aromatic ring oxygenation, and beyond that, the oxidation of formylfuran carboxylic acid into furandicarboxylic acid (a specific reaction in the preparation of bio-based polyesters from renewable building blocks). XgrDyP is the first wild-type DyP reported for an ascomycetous fungus and was found to oxidize peroxidase substrates such as ABTS and 2,6-DMP but also Reactive Blue 5, veratryl alcoh