Computational and Biochemical Analysis of Microbial Enzymes in Pulp and Paper Sludge Waste

Sammanfattning

Sverige var under 2020 världens femte största exportör av papper, kartong och pappersmassa. Industrin har ett stort fokus på hållbarhet och flera metoder för extraktion av värdefulla kemikalier, produktion av biogas och olika återvinningsprocesser används. Trots detta återstår i slutändan en andel slamavfall som inte nyttjas, utan istället deponeras. Slamavfallet har en komplex kemisk struktur och ett högt vatteninnehåll, men även ett högt innehåll av träcellväggs komponenter. Att ta fram ett nytt sätt att behandla detta återstående slamavfall skulle vara revolutionerande för pappers- och massa industrin eftersom det innebär både ekonomiska och miljömässiga vinster. I ett tidigare projekt på KTH undersöktes den metaboliska rollen av det existerande mikrobiomet i slamavfallet med målet att nå insikter som kan användas för att utveckla nya bioremedieringsmetoder. Det här masterexamensarbetet fortsätter detta arbete genom att med bioinformatik och biokemiska metoder identifiera kolhydrataktiva enzymer med relevant aktivitet för nedbrytning av detta slamavfall. Den mikrobiologiska kompositionen i slamavfallet undersöktes med markörgenanalys. Funktionell notering av gener med eventuell kolhydrat-associerad aktivitet gjordes med dator- baserade verktyg, vilket resulterade i att 40 kolhydrataktiva enzymer med relevant aktivitet kunde identifieras. Nio av dessa kandidater valdes ut för biokemisk analys, och försök gjordes att uttrycka de syntetiserade generna i Escherichia coli (BL21(DE3) och TOP10) med pBAD promoter systemet. Resultatet analyserades med SDS-PAGE. Inget genuttryck kunde identifieras. Analysen av genmarkörer och den funktionella noteringen gav dock värdefulla insikter i slamavfallets mikrobiologiska sammansättning samt förekomsten av gener involverade i kolhydratnedbrytning. Insikterna som erhölls genom detta masterexamensarbete har potential att bidra till den pågående forskningen fokuserad på att hitta nya bioremedieringsmetoder för behandling av slamavfall från pappers- och massabruk. Fortsatt arbete krävs för att optimera och uppnå ett fungerande genuttryck.