Monitoring of Fungal Growth and Degradation of Wood

Valko- ja ruskolahosienet tunnetaan luonnossa tehokkaimpina puun ja karikkeen lignoselluloosan lahottajina. Valkolahosienet pystyvät hajottamaan kaikkia puun osia: ligniiniä, selluloosaa ja hemiselluloosaa. Selektiivisesti ligniiniä hajottavat sienet lahottavat puusta suhteessa enemmän vaikeasti hajoavaa ligniiniä kuin selluloosaa tai hemiselluloosaa, jolloin jäljelle jää valkoista ja miltei puhdasta selluloosaa. Bioteknisissä sovelluksissa juuri selektiviiviset valkolahottajat ovat kiinnostavia. Niiden avulla voidaan puuhaketta esikäsitellä esimerkiksi paperinvalmistuksessa haitallisen ligniinin poistamiseksi. Ruskolahosienet ovat huomattavia puun, puutavaran ja puisten rakenteiden lahottajia, kuten tässä työssä käytetty Gloeophyllum trabeum (saunasieni ) ja Poria (Postia) placenta (istukkakääpä). Ruskolahosienet hajottavat puusta hemiselluloosan lisäksi selluloosaa, jolloin jää jäljelle ruskea ja jauhomaiseksi mureneva ligniini. Ruskolahosienet muovaavat ligniiniä jonkin verran. Kahden ruskolahosienen G. trabeumin ja P. placentan lisäksi tutkittiin valkolahosieniä, joista Ceriporiopsis subvermispora (karstakääpä) ja harvinainen Physisporinus rivulosus -sieni (talikääpä) hajottavat ligniiniä erittäin selektiivisesti. Phanerochaete chrysosporium on kaikkialla paljon tutkittu sieni, ja Phlebia radiata valkolahosientä (rusorypykkä) on tutkittu paljon mikrobiologian osastolla. Lisäksi tutkittiin Phlebia tremellosa -sienten (hytyrypykkä) ligninolyyttisten entsyymien tuottoa ja 14C-leimatun synteettisen ligniinin (DHP) hajotusta. P. radiata ja P. tremellosa -sienten on todettu aiemmin hajottavan ligniiniä selektiivisesti. Työssä selvitettiin miten sienten kasvua voi mitata, miten vertailukelpoisia eri mittaamismenetelmillä saadut tulokset ovat ja ilmenevätkö sienten aktiivisimmat kasvuvaiheet samaan aikaan eri menetelmillä mitattuna. Tärkeimmät tulokset olivat seuraavat havainnot: (i) P. radiata ja P. tremellosa -sienikannat tuottivat ligniini- ja mangaaniperoksidaasientsyymejä (LiP ja MnP) sekä lakkaasia, ja sienistä puhdistettiin 2-3 LiP- ja P. radiatasta yksi MnP-entsyymi; (ii) P. tremellosa -sienet hajottivat leimattua synteettistä ligniiniä (DHP) yhtä hyvin kuin paljon tutkitut P. chrysosporium ja P. radiata -sienet; (iii) puu, sienen luonnollinen kasvualusta, lisäsi valkolaho- ja ruskolahosienten demetoksylaatiota [O14CH3]-leimatusta ligniinin malliyhdisteestä 14CO2:ksi ilman puuta olleeseen alustaan verrattuna; (iv) demetoksylaatio (14CO2:n tuotto) oli normaalissa ilma-atmosfäärissä useimmiten parempi happeen verrattuna; (v) hapessa paras 14CO2:n tuotto saatiin puupalakasvatuksissa, joihin oli lisätty ravinnetyppeä tai typen lisäksi glukoosia sekä valkolaho- että ruskolahosienillä; (vi) ilmassa 14CO2:n tuotto oli puulla voimakkainta valkolahosienillä ilman lisäravinteita, kun taas G. trabeum -sienellä se oli yhtä hyvä eri alustoissa; (vii) biomassan muodostuminen rihmastojen ergosterolipitoisuuksista mitattuna oli ruskolahosienillä parempi kuin valkolahosienillä; (viii) ja biomassojen huippupitoisuudet olivat 6:lla sienellä eri suuruisia ja niiden maksimimäärien ajankohdat vaihtelivat viiden viikon kasvatusten kuluessa. Mikrobiologian osastolla Viikissä eristetty ja paljon tutkittu P. radiata -valkolahosieni oli mukana kaikissa tehdyissä kokeissa. Sienen LiP-aktiivisuus ja 14CO2:n tuotto 14C-rengas-leimatusta synteettisestä ligniinistä (DHP) korreloivat erittäin hyvin. Biomassan muodostuminen ergosterolilla määritettynä tuki hyvin entsyymiaktiivisuusmittauksilla ja isotooppikasvatuksilla saatuja tuloksia.

Degradation of lignin and other 14C-labelled compounds in compost and soil with an emphasis on white-rot fungi

Puu, ruohokasvit ja näistä tehdyt tuotteet kuten mekaanisesta massasta valmistettu sanomalehtipaperi sisältävät ligniiniä, joka hajoaa yleensä hyvin hitaasti luonnossa. Valkolahosienet hajottavat ligniiniä tehokkaimmin, ja koska niiden tuottamat entsyymit hajottavat myös muita vaikeasti hajoavia yhdisteitä, voidaan valkolahosienten avulla mahdollisesti puhdistaa saastuneita maita. Tässä työssä haluttiin selvittää, säilyttävätkö valkolahosienet (Abortiporus biennis, Bjerkandera adusta, Dichomitus squalens, Phanerochaete chrysosporium, Phanerochaete sordida, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus, Trametes hirsuta ja Trametes versicolor) aktiivisuutensa ja kasvavatko ne maassa. Aktiivisuutta mitattiin seuraamalla sienten synteettisen ligniinin (14C-DHP) hajotuskykyä. T. versicolor (silkkivyökääpä) osoittautui tehokkaimmaksi ligniinin hajottajaksi ja sen pentakloorifenolin (PCP) hajotuskykyä tutkittiin erillisessä kokeessa. Entiset tai pitkään käytössä olleet saha-alueet ovat yhä saastuneet puun käsittelyaineista peräisin olevilla kloorifenoleilla. Biohajoavien muovien kehitystyö sekä kompostoinnin yleistyminen jätteiden käsittelymenetelmänä ovat luoneet tarpeen materiaalien biohajoavuuden määrittämiseen. Euroopan standardisoimisjärjestön (CEN) kontrolloidussa kompostitestissä biohajoavuus määritetään materiaalin hajoamisen aikana muodostuvan hiilidioksidin perusteella. Hiilidioksidin tuotto mitataan sekä näytettä sisältävästä kompostista että kompostista ilman näytettä, ja tällöin oletetaan, että kompostin orgaaninen aines molemmissa komposteissa (tausta) tuottaa yhtä paljon hiilidioksidia. Testin puutteeksi saattaa osoittautua kompostissa tai maassa esiintyvä "priming effect". Tällä tarkoitetaan materiaalin lisäämisen jälkeen esiintyvää epänormaalin suurita tai pientä hiilidioksidin muodostusta, minkä seurauksena testin tulosksena saatava biohajoavuus on virheellinen. Ligniinin hajotessa muodostuu enemmän humusta kuin hiilidioksidia, koska ligniini on humuksen tärkein lähtöaine. Näin ollen ligniiniä sisältävät paperituotteet saattavat testin mukaan vaikuttaa biologisesti hajoamattomilta. Valkolahosienet hajottivat 4-23% ligniinistä hiilidioksidiksi ja T. versicolor 29% PCP:sta. Kompostissa ligniini hajosi hiilidioksidiksi 58°C:ssa huomattavasti vähemmän (8%) kuin lämpötiloissa 35°C ja 50°C (23-24%). Kompostin todennäköisesti tärkeimpien ligniinin hajottajien, termofiilisten sienten, tyypillinen optimilämpötila on 45°C, eivätkä ne ole enää aktiivisia 58°C:ssa. Sekä maassa että kompostissa ligniini sitoutui kuitenkin suurimmaksi osaksi humukseen. Valkolahosienet hajottivat sekä humukseen sitoutunutta ligniiniä että PCP:ia, mutta kompostin sekapopulaatio ei tähän pystynyt, ja ligniiniä sitoutui humukseen yhä enemmän kompostoinnin aikana. T. versicolor hajotti PCP:ia tehokkaasti, eikä se tuottanut myrkyllisiä kloorianisoleja, joita jotkut valkolahosienet saattavat muodostaa kloorifenoleista. Priming effect ilmiötä tutkittiin eri ikäisissä ja kypsyydeltään erilaisissa komposteissa. Kompostit erosvat toisistaan myös hajoamattoman jätteen määrän ja mikrobipopulaation suhteen. Negatiivinen priming effect havaittiin kaikissa epästabiileissa komposteissa (ikä enintään 6 kk), ja sen lisäksi yhdessä näistä komposteista positiivinen priming effect kokeen lopussa. Stabiileissa komposteissa (ikä vähintään 6 kk) ilmiötä ei sen sijaan havaittu. Epästabiileissa komposteissa biohajoavuudelle saadut tulokset eivät siis ole luotettavia. Työn tulosten perusteella valkolahosienet, ja erityisesti T. versicolor, ovat lupaavia saastuneen maan puhdistukseen, joskin sienirihmaston mahdollisuudet säilyä aktiivisena maan alkuperäisen mikrobipopulaation kanssa täytyy vielä selvittää. Kompostin sekapopulaatio, joka ei sisällä valkolahosieniä, hajotti ligniiniä yllättävän tehokkaasti termofiilisille sienille sopivissa lämpötiloissa, vaikka ligniini sitoutuikin pääasiallisesti humukseen. Kompostin kypsyys osoittautui tärkeäksi tekijäksi kontrolloidun kompostitestin onnistumisen kannalta. Priming effect ilmiön välttämiseksi on varmistettava, että testissä käytetty komposti on riittävän kypsä. Kompostien mikrobipopulaation koostumusta kompostoinnin eri vaiheissa tulisi tarkemmin selvittää, koska stabiilien ja epästabiilien kompostien ero aiheutui todennäköisesti populaatioiden rakenteessa vallitsevista eroista. Näin myös priming effect ilmiön syyt voitaisiin selittää paremmin.

Degradation of monogalactosyl diglyceride and diagalactosyl diglyceride by sheep pancreatic enzymes

1. Saline extract of sheep pancreas acetone-dried powder was shown to catalyse acyl ester hydrolysis of spinach leaf galactosyl diglycerides and also galactosylglucosyl diglyceride of Lactobacillus casei. 2. Sodium deoxycholate stimulated the enzyme activity. Ca2+ had no effect on the hydrolysis of monogalactosyl diglyceride, but it enhanced that of digalactosyl diglyceride. When added together, there was considerably less activity with both the substrates. 3. Optimal hydrolysis was observed at pH7.2. 4. The initial point of hydrolysis was at position-1, leading to the formation of monogalactosyl monoglyceride and digalactosyl monoglyceride. Further hydrolysis to the corresponding galactosylglycerols and later to galactose and glycerol was also observed, indicating the presence of a- and b-galactosidases in the enzyme preparation. 5. Formation of monogalactosyl diglyceride from digalactosyl diglyceride by the action of a-galactosidase was noted. 6. Monogalactosyl diglyceride was also hydrolysed by b-galactosidase to a limited extent, giving rise to diacylglycerol and galactose. 7. Attempts at purification of monogalactosyl diglyceride acyl hydrolase by using protamine sulphate treatment, Sephadex G-100 filtration and DEAE-cellulose chromatography gave a partially purified enzyme which showed 9- and 81-fold higher specific activity towards monogalactosyl diglyceride and digalactosyl diglyceride respectively. This still showed acyl ester hydrolysis activity towards methyl oleate, phosphatidylcholine and triacylglycerol. 8. When sheep, rat and guinea-pig tissues were compared, guinea-pig tissues showed the highest activity towards both monogalactosyl diglyceride and digalactosyl diglyceride. In all the species pancreas showed higher activity than intestine.

Evidence for the involvement of a rapidly turning over protease in the degradation of cytochrome oxidase in Neurospora crassa

Treatment of N. crassa cultures with cycloheximide followed by washing and incubation in drug-free fresh medium results in a rapid decline in cytochrome oxidase activity. This is associated with the degradation of higher molecular weight subunits of cytochrome oxidase under these conditions. The protease activity associated with the mitochondrial preparation decreases during cycloheximide treatment and rapidly returns to normal levels on subsequent washing and transfer to drug-free fresh medium. It is suggested that the steady-state level of cytochrome oxidase is governed by a rapidly turning over cytoplasmically synthesized mitochondrial protease.

In vitro degradation of hepatotoxic indospicine in indigofera spicata by camel foregut fluid

Indospicine toxicosis was reported in sheep, goats and cattle fed on Indigofera, a leguminous plant rich in indospicine. Recent death report on dogs as a result of dietary ingestion of indospicine contaminated camel meat has raised concern about the distribution of this toxin in camels fed on Indigofera. This in vitro study aimed at measuring the degradability of indospicine in Indigofera spicata by camel-foregut fluid and attempted at explaining indospicine accumulation in meat tissue. In the first experiment, in vitro dry matter digestibility and indospicine disappearance were evaluated by using foregut fluid from 15 feral camels. Foregut fluid was collected post mortem from a nearby abattoir. In the second experiment, a composite foregut fluid obtained from three feral camels was used to examine the time-dependent degradation of indospicine. Results indicated that 99 of the dietary indospicine was degraded after 48 h of incubation. The time-dependent degradation study showed rapid degradation (11 µg/h) during the first 18 h of incubation, followed by a much slower rate (2 µg/h) between 18-48 h. Results demonstrated the ability of the camel microbiota to degrade indospicine and suggest the presence of a by-pass mechanism that enables the toxin to escape degradation and reaches the intestine.

Synthesis of Azo Coupled Crown Ethers Containing Transition Metal and other Chromophoric Environments and Their Ion Complexation Properties

The crown ethers, 2,3-benzo-1,4,7,10,13-pentaoxa-cyclopentadeca-2-ene and 2,3, ll,12-dibenzo-l,4,7,10,13,16-hexaoxscyclooctadeca-2,11-diene are incorporated into H,N'-ethylenebis(acetylacetoneimino) nickel(II) and copper(II), phenol, and β-naphthol by diazo coupling reactions. The selective nature of the coupling reaction has-been demonstrated by the isolation of both asymmetric mono- and symmetric bis(glyoxalarylcrownhydrazoneimino) metal(II) complexes. An interesting binuclear complex containing two intramolecularly rearranged (glyoxal-hydrazonearylimino) metal(II) groups joined by 18-crown-6 result8 when bis(arenediazonium)-18-crown-6 is coupled with the metal(I1) Schiff bases. The substituted ethers form cationic salts with NaClO4, KCNS, NH4CNS, 14g(CNS)2 and Ca(CNS)2. All the synthesised ethers exhibit ion selectivity sequence as K+ > Na+ and Ca2+ > Mg2+.

Degradation of substituted benzoic acids by a Micrococcus species

Abstract a Micrococcus sp. isolated by isophthalate enrichment, utilized 8 of the 13 substituted benzoic acids tested as the sole source of carbon and energy. The organism degraded benzoic acid and anthranilic acid through the intermediate formation of catechol. While salicylate is metabolized through genetisic acid, p-hydroxybenzoic acid is degraded through protocatechuic acid. The organism grew well on isophthalate but failed to utilize phthalate and terphthalate. Catechol disoxygenase, gentisate dioxygenase and protocatechuate dioxygenase activities were shown in the cell-free extracts. Catechol and protocatechuate are further metabolized through an ortho-cleavage pathway.

Microbial metabolism of phenolic amines: degradation of dl-synephrine by an unidentified arthrobacter

Microorganisms capable of degrading dl-synephrine were isolated from soil of Citrus gardens by enrichment culture, with dl-synephrine as the sole source of carbon and nitrogen. An organism which appears to be an arthrobacter, but which cannot be identified with any of the presently recognized species was predominant in these isolates. It was found to metabolize synephrine by a pathway involving p-hydroxyphenylacetaldehyde, p-hydroxyphenylacetic acid, and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid as intermediates. Some of the enzymes of this pathway were demonstrated in cell-free extracts. An aromatic oxygenase, which could also be readily obtained in a cell-free system, was found to degrade 3,4-dihydroxyphenylacetic acid by meta cleavage.

Thermal degradation of polystyrene

The importance of the study of thermal degradation of polymeric fuels arises from their role in the combustion of solid propellants. Estimation of the condensed-phase heat release during combustion can be facilitated by the knowledge of the enthalpy change associated with the polymer degradation process. Differential scanning calorimetry has been used to obtain enthalpy data. Kinetic studies on the polymeric degradation process have been carried out with the following objectives. The literature values of activation energies are quite diverse and differ from author to author. The present study has tried to locate possible reasons for the divergence in the reported activation energy values. A value of 30 kcal has been obtained and found to be independent of the technique employed. The present data on the kinetics support to chain-end initiation and unzipping process. The activation energies are further found to be independent of the atmosphere in which the degradation of polymer fuel is carried out. The degradation in air, N2, and O2 all yield a value of 30 kcal/mole for the activation energies.

Degradation of (+/-)-synephrine by Arthrobacter synephrinum. Oxidation of 3,4-dihydroxyphenylacetate to 2-hydroxy-5-carboxymethyl-muconate semialdehyde.

1. Cell-free extracts of Arthrobacter synephrinum catalyse the oxidation of 3,4-dihydroxy-phenylacetate. 2. The product of oxidation was characterized as 2-hydroxy-5-carboxymethylmuconate semialdehyde from its chemical behaviour as well as from nuclear-magnetic-resonance spectra. 3. A 3,4-dihydroxyphenylacetate 2,3-dioxygenase (EC 1.13.11.15) was partially purified from A. synephrinum. 4. The enzyme had a Km of 25 micrometer towards its substrate and exhibited typical Michaelis-Menten kinetics. 5. The enzyme also catalysed the oxidation of 3,4-dihydroxymandelate and 3,4-dihydroxyphenylpropionate, at reaction rates of 0.5 and 0.04 respectively of that for 3,4-dihydroxyphenylacetate. 6. The enzyme was sensitive to treatment with thiol-specific reagents. 7. The molecular weight of the enzyme as determined by Sephadex G-200 chromatography was approx. 282000.

Formation of an unusual copper(II) complex from the degradation of a novel tricopper(II) carbohydrazone complex

An unusual copper(II) complex [Cu(L-1a)(2)Cl-2] CH3OH center dot H2O center dot H3O+Cl- (1a) was isolated from a solution of a novel tricopper(II) complex [Cu-3(HL1)Cl-2]Cl-3 center dot 2H(2)O (1) in methanol. where L-1a is 3-(2-pyridyl)triazolo [1,5-a]-pyridine, and characterized with single crystal X-ray diffraction study. The tricopper(II) complex of potential ligand 1,5-bis(di-2-pyridyl ketone) carbohydrazone (H2L1) was synthesized and physicochemically characterized, while the formation of the complex la was followed by time-dependant monitoring of the UV-visible spectra. which reveals degradation of ligand backbone as intensity loss of bands corresponding to O -> Cu(II) charge transfer.

Ultrasonic degradation of poly(methyl methacrylate-co-alkyl acrylate) copolymers

The copolymers, poly(methyl methacrylate-co-methyl acrylate) (PMMAMA), poly(methyl methacrylate-co-ethyl acrylate) (PMMAEA) and poly(methyl methacrylate-co-butyl acrylate) (PMMABA), of different compositions were synthesized and characterized. The effect of alkyl acrylate content, alkyl group substituents and solvents on the ultrasonic degradation of these copolymers was studied. A model based on continuous distribution kinetics was used to study the kinetics of degradation. The rate coefficients were obtained by fitting the experimental data with the model. The linear dependence of the rate coefficients on the logarithm of the vapor pressure of the solvent indicated that vapor pressure is the crucial parameter that controls the degradation process. The rate of degradation increases with an increase in the alkyl acrylate content. At any particular copolymer composition, the rate of degradation follows the order: PMMAMA > PMMAEA > PMMABA. It was observed that the degradation rate coefficient varies linearly with the mole percentage of the alkyl acrylate in the copolymer.

Photocatalytic degradation of methyl methacrylate copolymers

The photolytic and photocatalytic degradation of the copolymers poly(methyl methacrylate-co-butyl methacrylate) (MMA–BMA), poly(methyl methacrylate-co-ethyl acrylate) (MMA–EA) and poly(methyl methacrylate-co-methacrylic acid) (MMA–MAA) have been carried out in solution in the presence of solution combustion synthesized TiO2 (CS TiO2) and commercial Degussa P-25 TiO2 (DP 25). The degradation rates of the copolymers were compared with the respective homopolymers. The copolymers and the homopolymers degraded randomly along the chain. The degradation rate was determined using continuous distribution kinetics. For all the polymers, CS TiO2 exhibited superior photo-activity compared to the uncatalysed and DP 25 systems, owing to its high surface hydroxyl content and high specific surface area. The time evolution of the hydroxyl and hydroperoxide stretching vibration in the Fourier transform-infrared (FT-IR) spectra of the copolymers indicated that the degradation rate follows the order MMA–MAA > MMA–EA > MMA–BMA. The same order is observed for the rate coefficients of photocatalytic degradation. The photodegradation rate coefficients were compared with the activation energy of pyrolytic degradation. In degradation by pyrolysis, it was observed that MMA–BMA was the least stable followed by MMA–EA and MMA–MAA. The observed contrast in the order of thermal stability compared to the photo-stability of these copolymers was attributed to the two different mechanisms governing the scission of the polymer and the evolution of the products.

Enzymatic Degradation of Poly(soybean oil-g-methyl methacrylate)

This study discusses grafting of methyl methacrylate units from thepolymeric soybean oil peroxide to produce poly(soybean oil-graft-methyl methacrylate) (PSO-g-PMMA). The degradation of this copolymer in solution was evaluated in the presence of different lipases, viz Candida rugosa (CR), Lipolase 100T (LP), Novozym 435 (N435) and Porcine pancreas (PP), at different temperatures The copolymer degraded by specific chain end scission and the mass fraction of the specific product evolved was determined The degradation was modeled using continuous distribution kinetics to determine the rate coefficients ofmenzymatic chain end scission and deactivation of the enzyme The enzymes, CR. LP and N435 exhibited maximum activity for the degradation of PSO-g-PMMA at 60 degrees C, while PP was most active at 50 degrees C. The thermal degradability of the copolymer, assessed by thermo-gravimetry, indicated that the activation energy of degradation of the copolymer was 154 kJ mol(-1), which was lesser than that of the PMMA homopolymer.