The manganese (II) dependent transcriptome of the citric acid overproducer fungus Aspergillus niger  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
128867
Type NN
Principal investigator Karaffa, Levente
Title in Hungarian A citromsav túltermelő Aspergillus niger gomba mangán (II) ion függő transzkriptumának elemzése
Title in English The manganese (II) dependent transcriptome of the citric acid overproducer fungus Aspergillus niger
Keywords in Hungarian citromsav túltermelés, Aspergillus niger, mangán ion
Keywords in English citric acid overflow, Aspergillus niger, manganese (II) ion
Discipline
Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences)85 %
Ortelius classification: Microbiology
Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences)15 %
Panel Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent Department of Biochemical Engineering (University of Debrecen)
Participants Fábián, István
Fekete, Erzsébet
Karaffa, Erzsébet Mónika
Kovács, Béla
Németh, Zoltán
Starting date 2018-10-01
Closing date 2023-04-30
Funding (in million HUF) 25.899
FTE (full time equivalent) 5.51
state running project





 

Final report

  
Results in Hungarian
A citromsavat az Aspergillus niger fonalas gomba felhasználásával, fermentációs úton állítják elő. A Mn(II) ionok alacsony (< 5 ppb) koncentrációja a táptalajban elengedhetetlen a magas hozam eléréséhez. Megfelelő fermentációs és analitikai protokollokat dolgoztunk ki a magas (>0.8) citrát hozam eléréséhez. Demonstráltuk, hogy fermentáció során a bioreaktorból Mn-ionok oldódnak ki a tápközegbe, ami megváltoztatja a sejt élettanát, morfológiáját, és jelentősen csökkenti a hozamot. A kioldódás két fő technológiai oka a hősterilezés és a tápközeg erősen savas (pH 2 alatti) kémhatása. A Mn-ionok káros hatása csökkenthető a Mn-transzport aktivitás megváltoztatásával, megakadályozva az ionok bejutását a sejtbe. Azonosítottunk és jellemeztünk egy permeázt (DmtA), melynek kiütése vagy túltermelése jelentősen befolyásolta az extracelluláris Mn-szint és a citrát produkció kapcsolatát. Demonstráltuk, hogy a Mn-hiány csak a fermentáció első 48 órájában kritikus a hozam szempontjából, és hogy a Mn-hiányra reagáló gének a fermentáció elején fejeződnek ki magas rátával. A Mn-függő transzkriptom elemzése kimutatta, hogy a Mn-hiány főleg a szekretált és membránhoz kötött fehérjékre hat. A legígéretesebb jelölt a cexA, mely egy citrát exportert kódol. Túltermelő ill. hiánymutáns cexA-törzsekkel végzett kísérletekkel bizonyítottuk, hogy a cexA géntermék fontos szerepet játszik a Mn-hatásban, a fokozott kifejeződés pedig a korai mintavételi időpontokra jellemző.
Results in English
Citric acid is produced by fermentation using the filamentous fungus Aspergillus niger. Low (<5 ppb) levels of Mn (II) ions in the growth medium is critical for high yield. Proper fermentation and analytical protocols were set up to achieve specific molar yield of > 0.8. We demonstrated that during fermentation Mn-leaching from the bioreactor into the growth media occurs, resulting in altered physiology and morphology, and significant reduction of yields. We identified heat sterilization and acidic culture pH as two of the underlying technological reasons. Another way to eliminate the detrimental effect of Mn on citric acid production is preventing them from being taken up. We have identified and characterized a permease (DmtA), whose overexpression or deletion have a significant impact on the interplay between the extracellular Mn-concentration and citrate production. We demonstrated that Mn deficiency is critical for citric acid overflow in the first 48 fermentation hours only and that the genes involved in the response to Mn-deficiency are expressed at an early stage of the cultivation. Analysis of the Mn-dependent transcriptome showed that Mn-deficiency turns on the transcription of secreted and membrane-located proteins. The most promising candidate gene is cexA, encoding a citrate exporter. Experiments with deletant and overexpressed strains showed that CexA plays a major role in the Mn-effect and its increased expression indeed occurs at the early time-points.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=128867
Decision
Yes





 

List of publications

  
KARAFFA L., KUBICEK C.P.: Citric acid and itaconic acid accumulation: variations of the same story?, Applied Microbiology and Biotechnology, 103:2889–2902, 2019
Kolláth IS, Molnár ÁP, Soós Á, Fekete E, Sándor E, Kovács B, Kubicek CP, Karaffa L: Manganese deficiency is required for high itaconic acid production from D-xylose in Aspergillus terreus, Frontiers in Microbiology, 10: 1589., 2019
Ág N, Kavalecz N, Pénzes F, Karaffa L, Scazzocchio C, Flipphi M, Fekete E: Complex intron generation in the yeast genus Lipomyces, Scientific Reports, 10 Paper: 6022., 2020
Fejes B, Ouedraogo J-P, Fekete E, Sándor E, Flipphi M, Soós Á, Molnár ÁP, Kovács B, Kubicek CP, Tsang A, Karaffa L: The effects of external Mn2+ concentration on hyphal morphology and citric acid production are mediated primarily by the NRAMP-family transporter DmtA in Aspergillus niger., Microbial Cell Factories, 19:17., 2020
Karaffa L, Kubicek CP: Production of Organic Acids by Fungi, Encyclopedia of Mycology (Oscar Zaragoza, ed.). Elsevier Inc., Amsterdam, The Netherlands., 2020
Sándor E, Kolláth IS, Fekete E, Bíró V, Flipphi M, Kovács B, Kubicek CP, Karaffa L: Carbon-source dependent interplay of copper and manganese ions modulates the morphology and itaconic acid production in Aspergillus terreus, Frontiers in Microbiology, 12: 680420., 2021
Karaffa L, Fekete E, Kubicek CP: The role of metal ions in fungal organic acid accumulation, Microorganisms, 9: 1267., 2021
Erzsébet Fekete, Fruzsina Pénzes, Norbert Ág, Claudio Scazzocchio, Michel Flipphi, Levente Karaffa: Internally Symmetrical Stwintrons and Related Canonical Introns in Hypoxylaceae Species, Journal of Fungi, 7: 710, 2021
Fekete E, Bíró V, Márton A, Bakondi-Kovács I, Németh Z, Sándor E, Kovács B, Fábián I, Kubicek CP, Tsang A, Karaffa L: Bioreactor as the root cause of the “manganese effect” during Aspergillus niger citric acid fermentations, Front. Bioeng. Biotechnol, 10: 935902, 2022
Fekete E, Pénzes F, Ág N, Ág-Rácz V, Sándor E, Scazzocchio C, Flipphi M, Karaffa L: Unique and Repeated Stwintrons (Spliceosomal Twin Introns) in the Hypoxylaceae, Journal of Fungi, 8: 397., 2022
Meng J, Németh Z, Peng M, Fekete E, Garrigues S, Lipzen A, Ng V, Savage E, Zhang Y, Grigoriev IV, Mäkelä MR, Karaffa L, de Vries RP: GalR, GalX and AraR co-regulate D-galactose and L-arabinose utilization in Aspergillus nidulans, Microbial Biotechnology 2022; 15(6): 1839–1851., 2022
Kovács C, Csótó A, Pál K, Nagy A, Fekete E, Karaffa L, Kubicek CP, Sándor E: The biocontrol potential of endophytic Trichoderma fungi isolated from Hungarian grapevines. Paper I. Isolation, identification and in vitro studies, Pathogens 2021, 10, 1612., 2021
Kavalecz N, Ág N, Karaffa L, Scazzocchio C, Flipphi M, Fekete E: A spliceosomal twin intron (stwintron) participates in both exon skipping and evolutionary exon loss, Scientific Reports, 9: 9940, 2019
Németh Z, Kulcsár L, Flipphi M, Orosz A, Aguilar-Pontes MV, De Vries RP, Karaffa L, Fekete E: L-Arabinose induces D-galactose catabolism via the Leloir pathway in Aspergillus nidulans, Fungal Genetics and Biology, 123: 53-59., 2019
CSÓTÓ A., KOVÁCS C., PÁL K., NAGY A., PELES F., FEKETE E., KARAFFA L., KUBICEK C.P., SÁNDOR E.: The biocontrol potential of endophytic Trichoderma fungi isolated from Hungarian grapevines. Paper II. Grapevine stimulation., Pathogens, 12: 2., 2023
ZABIÁK A., KOVÁCS C., TAKÁCS F., PÁL K., PELES F., FEKETE E., KARAFFA L., MIHÁLY K., FLIPPHI M., SÁNDOR E.: Diaporthe and Diplodia species associated with walnut (Juglans regia L.) in Hungarian orchards., Horticulturae, 9: 205., 2023
FLIPPHI M., MÁRTON A., BÍRÓ V., ÁG N., SÁNDOR E., FEKETE E., KARAFFA L.: Mutations in the second alternative oxidase gene: a new approach to group Aspergillus niger strains., Journal of Fungi, 9: 570., 2023
CSÓTÓ A., NAGY A., LAURINYECZ N., NAGY Z.A., NÉMETH CS., NÉMETH E.K., CSIKÁSZ-KRIZSICS A., RAKONCZÁS N., FONTAINE F., FEKETE E., FLIPPHI M., KARAFFA L., SÁNDOR E.: Hybrid Vitis cultivars with American or Asian ancestries show higher tolerance towards Grapevine Trunk Diseases., Plants, 12: 2328., 2023



Back »