Forschung Holz-Bioprozesse

Neurospora crassa ist einer der am schnellsten wachsenden filamentösen Pilze. Die Wachstumsgeschwindigkeit (hier auf CM-Cellulose-Agar bei Raumtemperatur) erreicht fast 1,5 mm / Stunde (10 Minuten / Frame)

Die Inhalte unserer Forschung auf einen Blick:

  • Metabolismus von Pilzen und deren Abbaumechanismen an Biomasse
  • Analyse der holzzerstörenden, pilzeigenen Enzyme
  • Transport- und Informationsprozesse in der Pilzhyphe
  • Untersuchung und Entwicklung von Holzmodifikationen z.B. Thermoholz, DMDHEU-Modifikation
  • Einsatz von Enzymen und Pilzen für die Energiegewinnung durch biologische Rohstoffe

Pilze spielen eine entscheidende Rolle als Destruenten in unserer Umwelt. Die sogenannten saprotrophen Arten ernähren sich von totem, organischem Material, welches beim Absterben von tierischen und vorwiegend pflanzlichen Organismen entsteht. Sie durchdringen diese Biomasse mit ihren Pilzhyphen und zersetzen die komplexen Kohlenstoffe mit Hilfe ihrer Verdauungsenzyme, welche sie in ihre Umgebung abgeben. Damit recyceln sie natürliche Abfälle wie Totholz, Stroh oder Bioabfälle und führen lebensnotwendige Bestandteile wie Phosphor und Stickstoff wieder dem Boden zu. Pilze sind daher unentbehrlich für den globalen Nährstoffkreislauf. In unseren beiden Arbeitsgruppen untersuchen wir die biochemischen und molekulargenetischen Mechanismen, die Schimmel- und Braunfäulepilze bei der Umwandlung und dem Abbau von Holz anwenden.

AG Prof. Benz

Was „denkt“ ein Pilz, wenn er auf lignocellulosischer Biomasse wächst, und wie setzt er die Informationen aus seiner Umgebung ein, um gezielt seinen Stoffwechsel auf das Substrat abzustimmen? Die Erkenntnisse aus unserer Forschung wollen wir nutzen um Schimmelpilze bzw. deren holzzerstörende Enzyme besser in der Energiegewinnung aus Biomasse einzusetzen und um ungiftige Holzschutzverfahren zu entwickeln. Unser Haupt-Modellsystem ist dabei der filamentöse Askomyzet Neurospora crassa, für den aufgrund seiner langjährigen Verwendung in der genetischen und zellbiologischen Forschung (Nobelpreis Beadle & Tatum 1958!) eine große Zahl von molekularen Werkzeugen zur Verfügung stehen; der aber auch ein passabler Verwerter komplexer, pflanzlicher Biomasse ist, und sich daher bestens für unsere Forschung eignet.

AG Dr. Pilgård

Die Methoden der sogenannten Holzmodifizierung gewinnen neben den toxischen Holzschutzmitteln an Attraktivität. Der Vorteil liegt darin, dass modifizierte Produkte sowohl während ihrer Lebenszeit, als auch bei der Entsorgung keine Gefahren für die Umwelt darstellen. Wir untersuchen mit molekularbiologischen Methoden thermisch und DMDHEU modifiziertes Holz, sowie furfuryliertes und acetyliertes Holz, um sowohl die Wirkungsweise der Modifizierungen zu verstehen, als auch die Abbauprozesse durch Pilze im Holz näher zu beleuchten. Im Fokus stehen hier die nicht-enzymatischen Chelator-vermittelten Fenton Reaktionen, mit deren Hilfe Braunfäulepilze, wie z.B. Postia placenta, Pflanzenzellwände angreifen. Diese Forschung führen wir in Zusammenarbeit mit dem Technischen Forschungsinstitut in Schweden (SP) durch.

Veröffentlichungen (peer-reviewed):

AG Benz (*corresponding author)

AG Pilgård

2019

  • Schmitz, K., Protzko, R., Zhang, L., Benz, J.P. (2019) Spotlight on fungal pectin utilization – from phytopathogenicity to molecular recognition and industrial applications (Mini-Review). Applied Microbiology and Biotechnology. doi: 10.1007/s00253-019-09622-4 [mehr...]
  • Hassan, L., Lin, L., Sorek, H., Goudoulas, T., Germann, N., Tian, C., Benz, J.P. (2019) Cross-talk of cellulose and mannan perception pathways leads to inhibition of cellulase production in several filamentous fungi. bioRxiv. doi: 10.1101/520130 [mehr...]

2018

  • Lehenberger, M., Benz, J.P., Müller, J., Biedermann, P.H.W. (2018) Trypodendron domesticum (LINNÉ) und Trypodendron lineatum (OLIVIER) (Curculionidae; Scolytinae) als potentielle Vektoren von xylobionten und sapro-xylobionten Pilzen. Mitt. Dtsch. Ges. Allg. Angew. Ent., 21
  • Protzko, R.J., Latimer, L.N., Ze Martinho, de Reus, E., Seibert, T., Benz, J.P., Dueber, J.E. (2018) Engineering Saccharomyces cerevisiae for co-utilization of D-galacturonic acid and D-glucose from citrus peel waste. Nature Communications, [mehr...]
  • Lehenberger, M., Biedermann, P.H.W., Benz, J.P.* (2018) Molecular identification and enzymatic profiling of Trypodendron (Curculionidae: Xyloterini) ambrosia beetle-associated fungi of the genus Phialophoropsis (Microascales: Ceratocystidaceae). Fungal Ecology DOI: 10.1016/j.funeco.2018.07.010 [mehr...]
  • Young, D., Dollhofer, V., Callaghan, T.M., Reitberger, S., Lebuhn, M., Benz, J.P.* (2018) Isolation, Identification and Characterization of Lignocellulolytic Aerobic and Anaerobic Fungi in One- and Two-Phase Biogas Plants. Bioresource Technology, 268, 470-479. doi: 10.1016/j.biortech.2018.07.103 [mehr...]
  • Kumar, A., Sørensen, J., Hansen, F.T., Arvas, M., Syed, M.F., Hassan, L., Benz, J.P., Record, E., Henrissat, B., Pöggeler, S., Kempken, F. (2018) Genome Sequencing and Analyses of Two Marine Fungi from the North Sea Unraveled a Plethora of Novel Biosynthetic Gene Clusters. Scientific Reports, 8(1), 10187. doi:10.1038/s41598-018-28473-z [mehr...]
  • Ranger, C.M., Biedermann, P.H., Phuntumart, V., Beligala, G.U., Ghosh, S., Palmquist, D.E., Mueller, R., Barnett, J., Schultz, P.B., Reding, M.E., Benz, J.P. (2018) Symbiont selection via alcohol benefits fungus farming by ambrosia beetles. Proceedings of the National Academy of Sciences. doi: 10.1073/pnas.1716852115 [mehr...] [Link Pressemitteilung]

2017

  • I signed the #ScientistsWarningtoHumanity
    Ripple, W.J., Wolf, C., Newsome, T.M., Galetti, M., Alamgir, M., Crist, E., Mahmoud, M.I., Laurance, W.F., 15,364 scientist signatories from 184 countries (2017) World Scientists’ Warning-to-Humanity Warning to Humanity: A Second Notice. BioScience; [mehr...]
  • Hassan, L., Reppke, M.J., Thieme, N., Schweizer, S.S., Mueller, C.W., Benz, J.P.* (2017) Comparing the physiochemical parameters of three celluloses reveals new insights into substrate suitability for fungal enzyme production. Fungal Biology and Biotechnology 4(1), 10. doi: 10.1186/s40694-017-0039-9 [mehr...]
  • Mechelke, M., Herlet, J., Benz, J.P., Schwarz, W.H., Zverlov, V.V., Liebl, W., Kornberger, P. (2017) HPAEC-PAD for oligosaccharide analysis – Novel insights into analyte sensitivity and response stability. Analytical and Bioanalytical Chemistry doi: 10.1007/s00216-017-0678-y [mehr...]
  • Samal. A., Craig, J.P., Coradetti, S.T., Benz, J.P., Eddy, J.A., Price, N.D., Glass, N.L. (2017) Network Reconstruction And Systems Analysis Of Plant Cell Wall Deconstruction By Neurospora crassa. Biotechnology for Biofuels, 10:225. doi: 10.1186/s13068-017-0901-2 [mehr...]
  • Thieme, N., Wu, V.W., Dietschmann, A., Salamov, A.A., Wang, M., Johnson, J., Singan, V.R., Grigoriev, I.V., Glass, N.L., Somerville, C.R., Benz, J.P.* (2017). The transcription factor PDR-1 is a multi-functional regulator and key component of pectin deconstruction and catabolism in Neurospora crassa. Biotechnology for Biofuels, 10:149. doi: 10.1186/s13068-017-0807-z [mehr...]
  • Bari, E., Karim, M., Oladi, R., Tajick Ghanbary, M.A., Ghodskhah Daryaei, M., Schmidt, O., Benz, J.P., Emaminasab, M. (2017). A comparison between decay patterns of the white-rot fungus Pleurotus ostreatus in chestnut–leaved oak (Quercus castaneifolia) shows predominantly simultaneous attack both in vivo and in vitro. Forest Pathology; doi: 10.1111/efp.12338 [mehr...]

2016

  • Seibert, T., Thieme, N., Benz, J.P.* (2016). The renaissance of Neurospora crassa: How a classical model system is used for applied research. In Gene Expression Systems in Fungi: Advancements and Applications (Schmoll M & Dattenböck C, Eds.) pp. 59-96. Springer International Publishing [mehr...]

2015

  • Kumar, A., Henrissat, B., Arvas, M., Syed, M.F., Thieme, N., Benz, J.P., Sørensen, J.L., Record, E., Pöggeler, S. and Kempken, F*. (2015). De novo assembly and genome analyses of the marine-derived Scopulariopsis brevicaulis strain LF580 unravels life-style traits and anticancerous scopularide biosynthetic gene cluster. PLoS One, 10(10), e0140398; doi: 10.1371/journal.pone.0140398 [mehr...]
  • Fan, F., Ma, G., Li, J., Liu, Q., Benz, J.P., Tian, C.*, & Ma, Y. (2015). Genome-wide analysis of the endoplasmic reticulum stress response during lignocellulase production in Neurospora crassa. Biotechnology for Biofuels, 8(1), 1; doi: 10.1186/s13068-015-0248-5 [mehr...]
  • Li, J., Xu, J., Cai, P., Wang, B., Ma, Y., Benz, J. P.*, & Tian, C*. (2015). Functional analysis of two L-arabinose transporters from filamentous fungi reveals promising characteristics for improved pentose utilization in Saccharomyces cerevisiae. Applied & Environmental Microbiology, 81(12), 4062-4070; doi: 10.1128/AEM.00165-15 [mehr...]

2014

  • Benz, J. P.*, Protzko, R. J., Andrich, J. M., Bauer, S., Dueber, J. E., & Somerville, C. R. (2014). Identification and characterization of a galacturonic acid transporter from Neurospora crassa and its application for Saccharomyces cerevisiae fermentation processes. Biotechnology for Biofuels, 7(1), 1-14; doi: 10.1186/1754-6834-7-20 [mehr...]
  • Benz, J. P.*, Chau, B. H., Zheng, D., Bauer, S., Glass, N. L., & Somerville, C. R. (2014). A comparative systems analysis of polysaccharide‐elicited responses in Neurospora crassa reveals carbon source‐specific cellular adaptations. Molecular Microbiology, 91(2), 275-299; doi: 10.1111/mmi.12459 [mehr...]
  • Ehmcke, G., Pilgård, A., Koch, G., & Richter, K. (2017). Topochemical analyses of furfuryl alcohol-modified radiata pine (Pinus radiata) by UMSP, light microscopy and SEM. Holzforschung, 71(10), 821-831
  • Ringman, R., Pilgård, A., Brischke, C., Windeisen, E., & Richter, K. (2017). Incipient brown rot decay in modified wood: patterns of mass loss, structural integrity, moisture and acetyl content in high resolution. International Wood Products Journal, 8(3), 172-182.
  • Alfredsen, G., Pilgård, A., & Fossdal, C. G. (2016). Characterisation of Postia placenta colonisation during 36 weeks in acetylated southern yellow pine sapwood at three acetylation levels including genomic DNA and gene expression quantification of the fungus. Holzforschung, 70(11), 1055-1065.
  • Zelinka, S.L., Ringman, R., Pilgård, A., Engelund Thybring, E., Jakes, J.E., Richter, K. (2016). The role of diffusion in the decay resistance of modified wood. International Wood Products Journal, 7(2), 66-70; doi 10.1080/20426445.2016.1161867
  • Ringman, R., Pilgård, A., Kölle, M., Brischke, C., & Richter, K. (2016) Effects of thermal modification on Postia placenta wood degradation dynamics: measurements of mass loss, structural integrity and gene expression. Wood Science & Technology, 1-13; doi: 10.1007/s00226-015-0791-z
  • Ringman, R., Pilgård, A., & Richter, K. (2014). Effect of wood modification on gene expression during incipient Postia placenta decay. International Biodeterioration & Biodegradation, 86, 86-91; doi: 10.1016/j.ibiod.2013.09.002
  • Ringman, R., Pilgård, A., Kölle, M., Brischke, C., & Richter, K. Effects of thermal modification on Postia placenta wood degradation dynamics: measurements of mass loss, structural integrity and gene expression. Wood Science & Technology, 1-13; doi: 10.1007/s00226-015-0791-z
  • Ringman, R., Pilgård, A., & Richter, K. (2015). In vitro oxidative and enzymatic degradation of modified wood. International Wood Products Journal, 6(1), 36-39; doi: 10.1179/2042645314Y.0000000080
  • Ringman, R., Pilgård, A., Brischke, C., & Richter, K. (2014). Mode of action of brown rot decay resistance in modified wood: a review. Holzforschung, 68(2), 239-246; doi: 10.1515/hf-2013-0057
  • Pilgård, A., Alfredsen, G., Björdal, C. G., Fossdal, C. G., & Børja, I. (2011). qPCR as a tool to study basidiomycete colonization in wooden field stakes. Holzforschung, 65(6), 889-895; doi: 10.1515/HF.2011.079

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