Enzymy z hub s detoxikačním potenciálem

Abstract

Kyanidhydratasy jsou enzymy patřící do velké skupiny proteinů označované jako ,,nadrodina nitrilas". Jejich funkcí je přeměna kyanidu na formamid za spotřeby vody, což předurčuje jejich možné využití při biologickém odstraňování kyanidu a fenolů z odpadních vod. Kyanidhydratasy se vyskytují výhradně v houbách. V této práci byla používána kyanidhydratasa z houby Stereum hirsutum (první zkoumaná kyanidhydratasa z oddělení Basidiomycota). Literární rešerše shrnuje bioremediační a detoxikační potenciál hub, dále výskyt kyanidu a fenolů v odpadních vodách, vlastnosti a toxicitu těchto látek, aktuálně používané způsoby jejich eliminace a možnosti využití kyanidhydratas a nitrilas. Byla provedena sekvenční analýza kyanidhydratas oddělení Basidiomycota a Ascomycota a sestaven fylogenetický strom. V praktické části byl gen pro kyanidhydratasu ze S. hirsutum heterologně exprimován v Escherichia coli a byly stanoveny vlastnosti kyanidhydratasy - aktivita celých buněk, reakční podmínky, stabilita a substrátová specifita. Následně byl enzym purifikován pomocí hydrofobní a gelové permeační chromatografie a biochemicky charakterizován (reakční podmínky, stabilita a kinetika). Celé buňky E. coli obsahující kyanidhydratasu byly použity pro konverzi kyanidu v modelové a skutečné koksárenské odpadní vodě.

Cyanide hydratases are enzymes belonging to a large group of proteins called "nitrilase superfamily". Their function is the conversion of cyanide to formamide under water consumption, which predetermines their possible use in the biological removal of cyanide and phenols from wastewaters. Cyanide hydratases occur exclusively in fungi. In frame of this work, cyanide hydratase from the fungus Stereum hirsutum was used (the first cyanide hydratase investigated in the Basidiomycota division). The literature review summarizes the bioremediation and detoxication potential of fungi, the occurrence of cyanide and phenols in wastewaters, the properties and toxicity of these substances, the currently used methods of their elimination and the possibility of using cyanide hydratases and nitrilases. Sequence analysis of the cyanide hydratases from the Basidiomycota and Ascomycota divisions was performed and a phylogenetic tree assembled. In the practical part, the gene coding the cyanide hydratase in S. hirsutum was heterologously expressed in Escherichia coli and its properties were determined - activity of whole cells, reaction conditions, stability and substrate specificity. Subsequently, the enzyme was purified by hydrophobic and gel permeation chromatography and biochemically characterized (reaction conditions, stability, and kinetics). Whole cells of E. coli containing cyanide hydratase were used for cyanide conversion in model and real coking wastewater.