Bioproduction of Class II hydrophobins with unique biospecific functionalities using Trichoderma species

Promovendus/a: Tim Thysens

Promotor(en): Prof. dr. ing. Ilse Van De Voorde, Prof. dr. ir. Jan Van Impe

Hydrofobines (HFBs), geproduceerd door filamenteuze schimmels, zijn amfifiele cysteïnerijke proteïnen met een relatief laag moleculair gewicht die unieke fysicochemische eigenschappen bezitten. Hydrofobines worden beschouwd als de sterkst oppervlakte-actieve eiwitten van microbiële oorsprong. Via zelf-assemblage aan hydrofoob-hydrofiele grensvlakken, vormen HFBs amfifiele membranen waardoor de oppervlaktespanning van water gereduceerd wordt. Bovendien kunnen ze in een lage concentratie schuimen en emulsies langdurig stabiliseren. Hydrofobines worden tevens sterk gewaardeerd dankzij hun eigenschap om de polariteit van oppervlakken te veranderen. HFBs worden onderverdeeld in twee klassen, namelijk Klasse I en Klasse II hydrofobines, gebaseerd op hun amfifiele eigenschappen en verschillen in oplosbaarheid en morfologie van de membranen die aan grensvlakken gevormd worden. Deze studie richtte zich op Klasse II HFBs omwille van hun uitzonderlijk hoge oppervlakte elasticiteit en efficiëntere zuivering ten opzichte van Klasse I HFBs. Hierdoor kunnen ze van groot economisch belang zijn voor cosmetica, farmaceutische, medische en voedingstoepassingen. Voorlopig ontbreken industriële toepassingen ondanks hun groot potentieel door een lage productie opbrengst. Daarom bestond de doelstelling uit het bestuderen van het effect van enkele proces parameters op de bioproductie van Klasse II HFBs als hulpmiddel om de bioproductie efficiëntie te verbeteren. Meer bepaald werd gefocust op HFBI geproduceerd door Trichoderma reesei MUCL 44908 en Klasse II HFB’s geproduceerd door IHEM 5437 behorende tot de Trichoderma harzianum species complex.

Resultaten hebben aangetoond dat een verbeterde HFBI opbrengst werd verkregen wanneer antischuim werd toegevoegd tijdens de bioproductie. Er werd echter nog steeds een lage HFBI opbrengst behaald gebruikmakende van een natieve T. reesei MUCL 44908 schimmelstam. Er werd evenwel een diepgaandere kennis verkregen in het effect van enkele procesparameters op de productie van HFBI. Resultaten hebben tevens aangetoond dat Klasse II HFBs zoals HFBI uitstekende schuimstabilisatoren zijn die luchtbellen stabiliseren tegen disproportionatie gedurende een lange periode (tot wel 4 maanden) aan een lage concentratie (0,025 w/v %) vergeleken met industriële surfactanten zoals natriumcaseïnaat. Bovendien werden nieuwe Klasse II HFBs ontdekt, geproduceerd door IHEM 5437 die nog niet beschreven zijn in de literatuur en mogelijks nog betere functionaliteiten bezitten. Applicaties in de cosmetica industrie (bv. schuimstabilisator in shampoo's) en farmaceutische industrie (bv. verbeteren van de biobeschikbaarheid in hydrofobe medicijnen) zijn echter realistischer dan het toepassen van Klasse II HFB's in de voedingsindustrie als bulkproduct aangezien het moeilijk is om een hoge HFBI opbrengst te verkrijgen terwijl ook rekening moet gehouden worden met de kostprijs.