Mordant remnants in natural dye baths : Dyeing wool with Cortinarius armillatus and Helianthus annuus using potassium aluminium sulphate and ferrous sulfate as mordants

Luonnonvarojen hyödyntäminen kestävästi ja monipuolisesti on tärkeää kehitettäessä ympäristömyötäisiä valmistusmenetelmiä ja tuotteita. Ekologisesti kestäville väreille ja värjäysmenetelmille on yhä enemmän kysyntää. Tässä tutkimuksessa selvitettiin millaiset värjäys- ja värinkesto-ominaisuudet on punavyöseitikistä (Cortinarius armillatus) ja auringonkukasta (Helianthus annuus) saatavilla luonnonväriaineilla. Lisäksi tutkimuksessa selvitettiin luonnonvärjäyksessä käytettyjen puretusaineiden jäämiä värjäysliemissä. Puretusaineita, esimerkiksi metallisuoloja, jotka voivat olla haitallisia ihmiselle tai ympäristölle, käytetään tehostamaan väriaineen kiinnittymistä värjättävään kuituun. Puretusaineiden käyttösuositusmäärät vaihtelevat värjäysohjeissa. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kuinka paljon värjäysliemeen jää kuituun kiinnittymätöntä puretetta ja onko puretejäämä ympäristölle haitallinen päätyessään viemäriin tai maaperään. Punavyöseitikillä ja auringonkukalla värjättiin villakangasta ja -lankaa. Värjättävä materiaali puretettiin alunalla tai rautasulfaatilla värjäyksen yhteydessä. Punavyöseitikistä saatiin punaisen sävyjä ja auringonkukasta keltaisen ja vihreän sävyjä. Värien CIELAB -arvot vaihtelivat riippuen käytetystä puretteesta. Rautasulfaatin määrällä oli suurempi vaikutus värisävyyn kuin alunan määrällä. Punavyöseitikillä värjättyjen näytteiden värin vesipesunkesto osoittautui tasaisemmaksi kuin auringonkukalla värjätessä. Värin valonkesto oli kaikissa värjäysolosuhteissa keskinkertainen, sen sijaan värin hankauksenkestot olivat pääosin hyvät. Puretteiden valinnalla tai määrällä ei vaikuttanut olevan johdonmukaista merkitystä värin valon- tai hankauksenkestoon. Käytetty puretusaine ei kiinnittynyt kokonaan kuituun. Metallijäämäpitoisuudet olivat korkeita ja osittain jopa korkeampia kuin ennen värjäystä. Esipuretus kiinnitti puretteen kuituun parhaiten ja rautasulfaatti kiinnittyi värjättävään materiaaliin paremmin kuin aluna. Väriaine ja se miten värjäys tai esipuretus oli tehty vaikutti puretejäämään, minkä vuoksi optimaalista puretemäärää on vaikea yleisesti päätellä. Kukin värjäys vaatii tarkemman selvityksen optimaalisen puretemäärän määrittämiseksi. Vaikka alumiini- ja rautajäämät ovat suuret suhteessa lisättyyn määrään, ne eivät ole kotivärjärin käyttämissä mittakaavoissa haitallisia viemäriin kaadettuna.Sustainable and diverse use of natural resources has a significant role in developing environmentally benign processes and products in the future. There is a growing need for ecological and natural dyes. The aim of this study was to examine the dyeing properties of the fungus Cortinarius armillatus and the stems and leaves of sunflower, Helianthus annuus. Also, the mordant remnants in natural dye baths were under investigation. Metal mordants are commonly used in natural dyeing to enhance the binding of the dye to the fibre. These auxiliary substances can be harmful to human health and the environment. The amount of the used metal mordant varies in the dyeing recipes. Therefore, the second object of the study was to find out how much of the mordant remains in the dyeing liquid after the dyeing process and to determine if the amount is hazardous to environment. Woollen fabric and yarn meta-mordanted with different concentrations of alum and ferrous sulphate were dyed with C. armillatus and H. annuus. The obtained shades were red from the C. armillatus and yellow and green from the H. annuus. The CIELAB values varied depending on the used mordant. The concentration of the ferrous sulphate had a greater impact on the colour than the concentration of the alum. The colour fastness to washing was more stable in the samples dyed with C. armillatus than dyed with H. annuus. The light fastness was moderate in all the dyeing conditions, whereas the rubbing fastness properties were generally good. The mordant or its concentration did not have consistent effect to the light or rubbing fastness. The applied mordant did not totally bind to the fibre. The amount of the remaining metal substances was high and even higher than the original amount. Mordants were bound to the fibre most effectively in the premordanting procedure. In addition, ferrous sulphate bound better to the dyed fibre than alum. The amount of the remaining mordant was affected by the dye and the dyeing procedure, therefore it was difficult to draw general conclusions about the optimal mordant concentrations. Although the aluminium and iron remnants were high compared to the original applied amount, their use is not environmentally hazardous in domestic scale applications

Enzymatic plant cell wall degradation by the white rot fungus Dichomitus squalens

Basidiomycete white rot fungi are wood-rotting species and their impact to the global carbon cycle is significant. White rot fungi are capable of degrading all the polymeric cell wall components of the plant biomass from polysaccharides, cellulose, hemicelluloses and pectin, to the aromatic heteropolymer lignin. This is due to their ability to produce diverse set of extracellular enzymes that degrade or modify the plant cell wall concomitantly releasing carbon. Research on plant-biomass-degrading fungi has concentrated on isolation and characterization of enzymes especially from the ascomycete fungi for biotechnological applications, such as bioenergy, food processing and waste treatment. More recently genomic studies have opened the reservoir of the plant-biomass-degrading potential of basidiomycete fungi including wood-rotting, litter-decomposing, plant-pathogenic and ectomycorrhizal species. Dichomitus squalens is a white-rot fungus, which colonises softwood and is able to efficiently degrade lignin and cellulose. Previously, intensive studies on white rot fungi have been focused on lignin degradation by oxidative enzymes. The aim of this study was to analyse the potential of the plant-cell-wall-modifying enzymes of D. squalens. Plant biomass degradation by D. squalens was studied at different levels from gene expression to enzyme production. The focus was to dissect the overall degradation of plant biomass polymers, especially cellulose degrading enzymes of D. squalens. The cellulose degradation by D. squalens was studied at the transcript level during growth on spruce wood sticks and in microcrystalline cellulose-containing liquid medium. Selected cellulases and oxidoreductases, which putatively act on cellulose were expressed simultaneously on spruce, the natural substrate of the fungus, and microcrystalline cellulose in time- and substrate-dependent manner. To clarify the adaptation of D. squalens to different plant biomass, the transcriptome and secretome of the fungus were studied in different wood and non-woody substrates. The study confirmed that lignin degradation occurs at the initial stage of growth and D. squalens has retained the diverse enzyme set both for the degradation of wood and non-woody plant biomass. The cellobiohydrolases (CBHs) and cellobiose dehydrogenase of D. squalens were biochemically characterized. In hydrolysis of different plant-derived biomasses, CBHs released reducing sugars alone and in combination with oxidative laccase enzyme. The study shows that D. squalens encodes a complete enzymatic repertoire for plant biomass degradation. In addition, the data emphasise the role of oxidoreductases in the white rot fungal degradation of cellulose and other plant cell wall polymers. Results suggest that white rot fungal plant cell wall converting enzymes are promising candidates in the biotechnological applications using plant biomass.Valkolahosienet ovat puuta lahottavia kantasieniä, joilla on huomattava merkitys maapallon hiilen kierrossa. Ne hajottavat tehokkaasti kasvisoluseinää, joka koostuu pääosin hiilihydraattipolymeereistä eli selluloosasta, hemiselluloosista ja pektiinistä sekä aromaattisesta ligniinipolymeeristä. Tuottamiensa solunulkoisten entsyymien avulla valkolahosienet muokkaavat ja hajottavat näitä yhdisteitä ja siten vapauttavat hiiltä. Kasvibiomassaa hajottavilla entsyymeillä on lukuisia sovelluskohteita esimerkiksi polttoaine-, elintarvike- ja jätteenkäsittelyteollisuudessa. Tähänastinen tutkimus on kohdistunut lähinnä kotelosienten tuottamien entsyymien eristämiseen ja karakterisointiin sekä niiden bioteknologiseen hyödyntämiseen. Viimeisen kymmenen vuoden aikana genomitieto on osoittanut, että myös puuta lahottavien valkolahosienten sekä muiden kasvibiomassaa muokkaavien kantasienten lignoselluloosaa hajottavien entsyymien kirjo on laaja. Onkin todennäköistä, että näillä entsyymeillä on teollisesti kiinnostavia uusia katalyyttisiä ominaisuuksia. Valkolahosienten tutkimuksen pääkohteena ovat perinteisesti olleet ligniiniä hapettavat entsyymit. Tässä työssä täydennettiin kokonaiskuvaa valkolahosienten kasvibiomassan entsymaattisesta hajotuksesta selvittämällä myös kasvisoluseinän hiilihydraattipolymeerien, erityisesti selluloosan, hajotusta. Työn malliorganismiksi valittiin Dichomitus squalens -salokääpä, joka on havupuulla kasvava ja tehokkaasti selluloosaa ja ligniiniä hajottava valkolahosieni. Salokäävän selluloosan hajotuskykyä selvitettiin seuraamalla valikoitujen, solunulkoisia entsyymejä koodaavien geenien ilmentymistä sienen kasvaessa luonnollisella kasvualustallaan, kuusella, ja mikrokiteisellä selluloosalla. Tutkimuksessa havaittiin, että sieni ilmensi kasvunsa aikana yhtäaikaisesti geenejä, jotka koodaavat sellulaaseja ja hiilihydraattipolymeerejä hapetus-pelkistysreaktioilla hajottavia entsyymejä. Lisäksi sienen kasvun vaihe ja kasvualustan hiilen lähde vaikuttivat näiden geenien ilmentymiseen. D. squalens -sienen sopeutumista puu- ja ruohovartisten kasvibiomassojen hajotukseen selvitettiin tutkimalla sienen transkriptomeja ja eksoproteomeja erilaisilta lignoselluloosaa sisältäviltä kasvualustoilta. Nämä analyysit osoittivat, että salokääpä tuotti ligniinin hajottamiseen tarvittavia entsyymejä kasvun alkuvaiheessa, jonka jälkeen sieni eritti hiilihydraattipolymeerejä pilkkovia entsyymejä. Lisäksi työssä tuotettiin ja karakterisoitiin salokäävän mielenkiintoisimmat sellobiohydrolaasi- (CBH) ja sellobioosidehydrogenaasi-entsyymit. Kasviperäisten biomassojen hydrolyysikokeissa salokäävän CBH:t hajottivat selluloosaa pelkistäviksi sokereiksi sekä yksin että yhdessä hapettavan lakkaasientsyymin kanssa. Tässä työssä havaittiin, että D. squalens -sienellä on kattavat entsymaattiset mekanismit erilaisten kasvibiomassojen hajotukseen. Lisäksi tulokset osoittivat, että valkolahosienten tuottamilla hapettavilla entsyymeillä on olennainen rooli selluloosan ja muiden kasvisoluseinän polymeerien pilkkomisessa. Tutkimuksen mukaan valkolahosienten kasvisoluseinää hajottavat entsyymit ovat lupaavia katalyyttejä bioteknologisiin sovelluksiin

Kansalaisuuden rajanvetoa - kansalaisuuden ulottuvuudet aikuisten ja nuorten kertomina

Tutkielmassa selvitetään minkälaisia kansalaisuuden ulottuvuuksia nuorille suunnatuista kyselylomakkeista on luettavissa esiin, ja mitä niissä jää mahdollisesti piiloon. Tarkastelen samasta näkökulmasta myös esseevastauksia, jotka nuoret ovat kirjoittaneet vastatessaan yhteen analysoimistani kyselylomakkeista. Alaikäisten asema kansalaisina on erityinen, koska heillä on virallinen kansalaisuus, mutta ei keinoja osallistua institutionaaliseen yhteiskuntapolitiikkaan. Ihmisten ylittäessä kansallisvaltioiden rajoja yhä useammin, on nähty tarvetta määritellä kansalaisuus uudelleen. Kansalaisuus kansallisvaltioon sidottuna passinhaltijuutena sulkee useita aktiivisia yhteiskunnallisia toimijoita ulkopuolelleen. Länsimaissa kansalaisten osallistuminen on ollut laskussa, jos mittarina käytetään edustuksellisen demokratian vaaliosallistumista. Nuoret ikäluokat eivät äänestä yhtä aktiivisesti kuin vanhemmat sukupolvet. Silti nuorten aktivoimiseksi tarjotut keinot ovat usein edustuksellisia. Edustuksellisen demokratian pelastamiseen ja vaaliaktiivisuuden kohentamiseen suunnatut osallisuushankkeet yleistyivät 2000-luvun alussa. Samaan aikaan keskustelu demokratian kehittämisestä kansalaisia osallistavaan suuntaan sai huomiota. Edustuksellisen demokratian rinnalle kehittyi erilaisia osallistavan ja deliberatiivisen demokratian malleja, joiden avulla kansalaisten yhteiskunnallista aktiivisuutta pyrittiin edistämään. Keskeinen ongelma uusissa tavoissa osallistaa kansalaisia on ollut niiden legitimiteetti. Edustuksellisen demokratian legitimiteetti on selkeä, toisin kuin uusilla demokratian muodoilla, joiden vallankäytön perusteet hakevat vielä muotoaan. Tutkimustuloksina selviää, että kyselylomakkeet perustuvat pitkälti institutionalisoituneelle osallistumiselle, mutta muitakin kansalaisuuden ulottuvuuksia on läsnä. Myös nuorten esseevastauksissa käsitellään pääosin institutionalisoitunutta kansalaistoimintaa, mutta lisäksi niistä paljastuu kansalaisosallistumisen muotoja, jotka sivuutetaan kyselylomakkeissa. Nuorten tapaan ymmärtää kansalaisuutta kuuluu myös institutionalisoituneen toiminnan ulkopuolelle jääviä keinoja osallistua, joista aikuiset eivät kysy nuorilta. Kansalaisuus ei ole ainoastaan annettujen toimintamallien mukaan toimimista, vaan siihen liittyy kyseenalaistaminen ja oma arkinen toiminta toisten kanssa. Kansalaisuuden määrittely on valtaa ja yleensä valtaa käyttävät aikuiset, jotka rajaavat kansalaisuuden ulkopuolelle ryhmiä ja tapoja toimia. Nuorten kansalaisuuden tarkastelussa olisi siirryttävä tukemaan nuorista itsestään lähtöisin olevaa, ruohonjuuritason toimintaa institutionaalisen toiminnan rinnalla. Edustuksellisen demokratian kriisistä huolimatta nuorille on pyritty takaamaan keinot osallistua edustuksellisten instituutioiden avulla. Niiden rinnalle olisi tarvetta kehittää arkista osallisuutta tukevia menetelmiä

Functional diversity in Dichomitus squalens monokaryons

Abstract Dichomitus squalens is a white-rot fungus that colonizes and grows mainly on softwood and is commonly found in the northern parts of Europe, North America, and Asia. We analyzed the genetic and physiological diversity of eight D. squalens monokaryons derived from a single dikaryon. In addition, an unrelated dikaryon and a newly established dikaryon from two of the studied monokaryons were included. Both growth and lignocellulose acting enzyme profiles were highly variable between the studied monokaryotic and dikaryotic strains, demonstrating a high level of diversity within the species

Saccharification of lignocelluloses by carbohydrate active enzymes of the white rot fungus Dichomitus squalens

White rot fungus Dichomitus squalens is an efficient lignocellulose degrading basidiomycete and a promising source for new plant cell wall polysaccharides depolymerizing enzymes. In this work, we focused on cellobiohydrolases (CBHs) of D. squalens. The native CBHI fraction of the fungus, consisting three isoenzymes, was purified and it maintained the activity for 60 min at 50°C, and was stable in acidic pH. Due to the lack of enzyme activity assay for detecting only CBHII activity, CBHII of D. squalens was produced recombinantly in an industrially important ascomycete host, Trichoderma reesei. CBH enzymes of D. squalens showed potential in hydrolysis of complex lignocellulose substrates sugar beet pulp and wheat bran, and microcrystalline cellulose, Avicel. Recombinant CBHII (rCel6A) of D. squalens hydrolysed all the studied plant biomasses. Compared to individual activities, synergistic effect between rCel6A and native CBHI fraction of D. squalens was significant in the hydrolysis of Avicel. Furthermore, the addition of laccase to the mixture of CBHI fraction and rCel6A significantly enhanced the amount of released reducing sugars from sugar beet pulp. Especially, synergy between individual enzymes is a crucial factor in the tailor-made enzyme mixtures needed for hydrolysis of different plant biomass feedstocks. Our data supports the importance of oxidoreductases in improved enzyme cocktails for lignocellulose saccharification.Peer reviewe

The molecular response of the white-rot fungus Dichomitus squalens to wood and non-woody biomass as examined by transcriptome and exoproteome analyses

The ability to obtain carbon and energy is a major requirement to exist in any environment. For several ascomycete fungi, (post-)genomic analyses have shown that species that occupy a large variety of habitats possess a diverse enzymatic machinery, while species with a specific habitat have a more focused enzyme repertoire that is well-adapted to the prevailing substrate. White-rot basidiomycete fungi also live in a specific habitat, as they are found exclusively in wood. In this study, we evaluated how well the enzymatic machinery of the white-rot fungus Dichomitus squalens is tailored to degrade its natural wood substrate. The transcriptome and exoproteome of D. squalens were analyzed after cultivation on two natural substrates, aspen and spruce wood, and two non-woody substrates, wheat bran and cotton seed hulls. D. squalens produced ligninolytic enzymes mainly at the early time point of the wood cultures, indicating the need to degrade lignin to get access to wood polysaccharides. Surprisingly, the response of the fungus to the non-woody polysaccharides was nearly as good a match to the substrate composition as observed for the wood polysaccharides. This indicates that D. squalens has preserved its ability to efficiently degrade plant biomass types not present in its natural habitat.Peer reviewe

Exploring drivers of litter decomposition in a greening Arctic: Results from a transplant experiment across a treeline

Decomposition of plant litter is a key control over carbon (C) storage in the soil. The biochemistry of the litter being produced, the environment in which the decomposition is taking place, and the community composition and metabolism of the decomposer organisms exert a combined influence over decomposition rates. As deciduous shrubs and trees are expanding into tundra ecosystems as a result of regional climate warming, this change in vegetation represents a change in litter input to tundra soils and a change in the environment in which litter decomposes. To test the importance of litter biochemistry and environment in determining litter mass loss, we reciprocally transplanted litter between heath (Empetrum nigrum), shrub (Betula nana), and forest (Betula pubescens) at a sub‐Arctic treeline in Sweden. As expansion of shrubs and trees promotes deeper snow, we also used a snow fence experiment in a tundra heath environment to understand the importance of snow depth, relative to other factors, in the decomposition of litter. Our results show that B. pubescens and B. nana leaf litter decomposed at faster rates than E. nigrum litter across all environments, while all litter species decomposed at faster rates in the forest and shrub environments than in the tundra heath. The effect of increased snow on decomposition was minimal, leading us to conclude that microbial activity over summer in the productive forest and shrub vegetation is driving increased mass loss compared to the heath. Using B. pubescens and E. nigrum litter, we demonstrate that degradation of carbohydrate‐C is a significant driver of mass loss in the forest. This pathway was less prominent in the heath, which is consistent with observations that tundra soils typically have high concentrations of "labile" C. This experiment suggests that further expansion of shrubs and trees may stimulate the loss of undecomposed carbohydrate C in the tundra

Engineering towards catalytic use of fungal class-II peroxidases for dye-decolorizing and conversion of lignin model compounds

Background. Manganese peroxidases (MnP) and lignin peroxidases (LiP) are haem-including fungal secreted class-II peroxidases, which are interesting oxidoreductases in protein engineering aimed at design of biocatalysts for lignin and lignocellulose conversion, dye compound degradation, activation of aromatic compounds, and biofuel production. Objective. Recombinant short-type MnP (Pr-MnP3) of the white rot fungus Phlebia radiata, and its manganese-binding site (E40, E44, D186) directed variants were produced and characterized. To allow catalytic applications, enzymatic bleaching of Reactive Blue 5 and conversion of lignin-like compounds by engineered class-II peroxidases were explored. Method. Pr-MnP3 and its variants were expressed in Escherichia coli. The resultant body proteins were lysed, purified and refolded into haem-including enzymes in 6-7% protein recovery, and examined spectroscopically and kinetically. Results. Successful production of active enzymes was attained, with spectral characteristics of high-spin class-II peroxidases. Recombinant Pr-MnP3 demonstrated high affinity to Mn2+, which was noticeably affected by single (D186H/N) and double (E40H+E44H) mutations. Without addition of Mn2+, Pr-MnP3 was able to oxidize ABTS and decolorize Reactive Blue 5. Pc-LiPH8, its Trp-radical site variants, and engineered CiP-LiP demonstrated conversion of veratryl alcohol and dimeric non-phenolic lignin-model compounds (arylglycerol-β-aryl ethers) with production of veratraldehyde, which is evidence for cation radical formation with subsequent Cα-Cβ cleavage. Pc-LiPH8 and CiP variants were able to effectively oxidize and convert the phenolic dimer (guaiacylglycerol-β–guaiacyl ether). Conclusion. Our results demonstrate suitability of engineered MnP and LiP peroxidases for dye-decolorizing, and efficiency of LiP and its variants for activation and degradation of phenolic and non-phenolic lignin-like aryl ether-linked compounds.Peer reviewe

Progress and Research Needs of Plant Biomass Degradation by Basidiomycete Fungi

Peer reviewe