Optimizarea potențialului biotehnologic al Trichodermei pentru biorafinare si biostimulanți pentru plante prin dezvoltare și biosinteză controlată (TOTAL)
Cod proiect: PN-III-P4-ID-PCE-2020-2780
Coordonator proiect – Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Chimie și Petrochimie – ICECHIM București
Director de proiect: Dr. Chim. Diana CONSTANTINESCU-ARUXANDEI
Perioada de implementare: 2021 – 2023
Fonduri totale: 1.198.032 RON
Fonduri de la bugetul de stat: 1.198.032 RON
Obiectivul general al proiectului TOTAL este investigarea și integrarea modulării abiotice și a controlului epigenetic ale tulpinilor de Trichoderma în contextul interacțiilor Trichoderma cu biomasa și materia vie pentru o exploatare mai bună a potențialului biotehnologic al Trichodermei.
Obiectivele specifice sunt: (i) Stabilirea și optimizarea efectelor combinate ale luminii și nutrienților asupra expresiei proteinelor care acționează asupra peretelui celular și asupra sporulării tulpinilor de Trichoderma; (ii) Optimizarea deconstrucției peretului celular al biomasei de proteinele secretate de Trichoderma; (iii) Sinergizarea efectelor de biostimulanți pentru plante a clamidosporilor de Trichoderma.
Etapele proiectului:
ETAPA 1 (2021). Elaborarea și testarea modelelor experimentale (ME) de amplificare a potențialului tulpinilor de Trichoderma ca biostimulant pentru plante și în biorafinare
ETAPA 2 (2022). Realizarea și optimizarea modelelor experimentale (ME) de amplificare a potențialului tulpinilor de Trichoderma ca biostimulant pentru plante și în biorafinare
ETAPA 3 (2023). Demonstrarea funcționalității modelelor experimentale (ME) de amplificare a potențialului tulpinilor de Trichoderma ca biostimulant pentru plante și în biorafinare
ETAPA 1 / 2021
Obiective Etapa 1: elaborarea și testarea modelelor experimentale (ME).
Activitățile corespunzătoare obiectivelor etapei 1 sunt următoarele:
A1.1 Elaborarea și testarea ME de determinare a efectelor luminii și nutrienților asupra formării clamidosporilor și activității enzimatice
A1.2 Elaborarea și testarea ME de deconstrucție a biomasei de către enzimele produse de Trichoderma
A1.3 Elaborarea și testarea ME de formulare sinergică a clamidosporilor de Trichoderma pentru efecte optime de biostimulanți microbieni
A1.4 Comunicare, diseminare și management
Rezultate și indicatori de rezultat etapa 1
Au fost elaborate și testate 3 ME pentru cele 3 pachete de lucru, respectiv, fiecare incluzând o serie de protocoale, biotehnologii și produse elaborate și testate. Efectul luminii laser a fost testat pe specii de Trichoderma cultivate atât pe substrat silicios cât și pe substrat nesilicios. Au fost îndepliniți toți indicatorii estimați în faza de concepere a proiectului. Rezultatele au fost diseminate prin participarea cu o comunicare științifică la conferința internațională PRIOCHEM, Ediția XVII/10.2021, București – rezumat publicat în Chemistry Proceedings, MDPI și o lucrare științifică trimisă spre publicare. Proiectul este în stadiul în care ME elaborate pot fi realizate și optimizate, aceste activități reprezentând obiectivele etapei 2 / 2022.
ETAPA 2 / 2022
Obiective Etapa 2: realizarea și optimizarea modelelor experimentale (ME).
Activitățile corespunzătoare obiectivelor etapei 2 sunt următoarele:
A2.1 Realizarea și optimizarea ME pentru biotehnologie de obținere a producției maxime de clamidospori și activitate enzimatică în Trichoderma
A2.2 Realizarea și optimizarea ME de deconstrucție a biomasei de către enzimele produse de Trichoderma
A2.3 Realizarea și optimizarea ME de formulare sinergică a clamidosporilor de Trichoderma pentru efecte optime de biostimulanți microbieni
A2.4 Comunicare, diseminare și management
Rezultate și indicatori de rezultat etapa 2
Au fost realizate și optimizate 3 ME și protocoale pentru cele 3 pachete de lucru din planul de realizare, pornind de la obținerea și izolarea de tulpini de Trichoderma, identificarea noilor izolate, iradierea tulpinilor cu diferite surse de lumină, formarea de nanoparticule de seleniu, cuantificarea exprimării unor gene prin tehnica RT-qPCR, optimizarea producerii de enzime și clamidospori, optimizarea degradării biomasei, formularea biostimulanților microbieni pentru aplicare foliară și radiculară, bioteste pe plante model (Arabidopsis thaliana). Rezultatele obținute sunt complexe, depinzând de tulpina de Trichoderma testată, de substrat și de timpul de incubare. Indicatorii asumați, inclusiv site web actualizat, 2 articole trimise spre publicare și 2 comunicări științiifice la conferința NeXT-Chem, Ediția IV/2022, au fost realizați. Proiectul este în stadiul în care se poate demonstra funcționalitatea ME optimizate, reprezentând obiectivul etapei 3 / 2023.
ETAPA 3 / 2023
Obiective Etapa 3: demonstrarea funcționalității modelelor experimentale (ME).
Activitățile corespunzătoare obiectivelor etapei 3 sunt următoarele:
A2.1 Demonstrarea funcționalității ME optimizate pentru deconstrucția biomasei de către proteinele secretate de Trichoderma
A2.2 Demonstrarea funcționalității ME optimizate de formulare sinergică a clamidosporilor de Trichoderma pentru efecte optime de biostimulanți microbieni
A2.3 Comunicare, diseminare și management
Rezultate și indicatori de rezultat etapa 3
În cadrul acestei etapa s-a demonstrat funcționalitatea modelelor experimentale, selectând 2 tulpini de Trichoderma care au dat rezultatele optime în etapa 2, T. atroviride și T. harzianum. S-a realizat comparație între iradierea cu laser 400 nm și iradierea cu lumină LED. Experimentele au confirmat rezultatele anterioare. Atât sursa laser cât și sursa LED de lumină au stimulat activitatea enzimatică și sporularea, dar varierea a fost în unele cazuri diferită. S-au realizat matrici de corelații între parametrii analizați. Supernatantul a fost testat pe fasole mung (Vicia faba) și s-a demonstrat efect biostimulant crescut la probele iradiate. Indicatorii de rezultat realizați pentru această etapă sunt: site web actualizat, 2 cereri de brevet, 2 articole trimise spre publicare, 1 comunicare științiifică la conferința NeXT-Chem, Ediția V/2023. Etapa 3 a fost implementată cu succes.
Rezultate și indicatori de rezultat proiect TOTAL
Trichoderma este un fung filamentos benefic pentru plante, folosit în agricultură și important biotehnologic datorită unei capacități mari de a produce enzime de interes industrial. Proiectul TOTAL a avut ca scop integrarea aspectelor fundamentale ale dezvoltării Trichodermei (efectul luminii și nutrienților asupra metabolismului) cu optimizarea creșterii pentru aplicarea în valorificarea biomasei si formulării de biostimulanți pentru plante.
În cadrul proiectului TOTAL s-au dezvoltate 3 modele experimentale pe baza aplicării luminii laser sau de tip LED și cultivare pe diverse subproduse din economie:
- model experimental pentru optimizarea sporulării și expresiei de proteine în tulpini de Trichoderma
- model experimental pentru optimizarea deconstrucției biomasei nonsilicioase și silicioase de către tulpinile de Trichoderma, (3) formulare
- model experimental de formulare a clamidosporilor de Trichoderma cu metaboliți din supernatant
În urma acestor modele experimentale s-a obținut o amplificare a activității enzimatice (celulaze, proteaze, alfa-amilazică) și a diferitelor forme de sporulare (conidii și forme mai rezistente și mai utile în agricultură, clamidosporii) ale tulpinilor de Trichoderma, cu capacitate crescută de destructurare biomasă. Biotestele pe plante model au demonstrat o activitate amplificată a supernatantului filtrat steril cât și a formulărilor îmbogățite în clamidospori, forme de propagare mai rezistente.
La nivelul dezvoltării cunoașterii, rezultatele proiectului 107PCE TOTAL au impact asupra înțelegerii ciclului de viață al ciupercilor din genul Trichoderma.
Din punct de vedere al aplicațiilor practice, proiectul oferă noi soluții tehnice pentru producerea concomitentă, amplificată și eficientă, de enzime și
clamidospori. Rezultatele proiectului au impact atât în agricultură cât și în biorafinare.
Indicatori de rezultat realizați:
I. Cereri de brevet:
- Biostimulant foliar pe bază de spori și metaboliți de Trichoderma şi procedeu de obținere, cerere de brevet a00839 din 29.12.2022 publicat ca RO137398 A
- Procedeu pentru creșterea eficienței cultivării fungilor din genul Trichoderma, cerere de brevet a00794 din 05.12.2023
II. Comunicări științifice:
- N. Tritean et al., Optimization of enzyme production of Trichoderma atroviride using response surface methodology, PRIOCHEM, Ediția XVII/10.2021, București, doi.org/10.3390/chemproc2022007054
- I.-A. Bala et al., Stimulation of Trichoderma sporulation by physico-chemical factors, NeXT-Chem, Ediția IV/2022, București
- V. Bînzari et al., Light effects on supernatant properties of Trichoderma atroviride, NeXT-Chem, Ediția IV/2022
- I.-A. Bala et al., Blue-light laser effects on Trichoderma and on its plant biostimulant formulations, NeXT-Chem, Ediția V/2023
III. Articole trimise spre publicare:
- Ioana-Alexandra Bala et al., Influence of Foliar Treatment with Suspensions Rich in Trichoderma Chlamydospores on Momordica charantia Physiology, Yield and Quality, Agriculture (Q1)
- Livia Teodora Ciobanu et al., The Clothes Matter – Trichogenic Selenium Nanoparticles Share Activities with the Biological Systems wherein Formed, Agronomy (Q1), DOI:10.20944/preprints202312.0690.v1
- Naomi Tritean et al., Mechanistic insights into the biostimulant activity of a novel formulation based on rice husk nanobiosilica embedded in a seed coating alginate film, Frontiers in Plant Science (Q1)
- I.-A. Bala et al., Upscaling of an integrated technology for in situ production of Trichoderma enzymes and chlamydospores, Journal of Fungi (Q1)
- Diana Constantinescu-Aruxandei et al., Enhancement of Trichoderma bioactivity by cultivation on biosilica-rich side streams, Journal of Fungi (Q1)
IV. Articole în pregătire:
- N. Tritean et al., Optimization of Trichoderma cultivation on whey medium by laser light ilumination, Journal of Applied Microbiology (Q2)
