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.

In 2020, Sweden was the fifth largest exporter of paper, board, and pulp worldwide, with 9.08 million ton paper and board, and 4.33 million ton pulp exported. The industry has a large focus on sustainability, and circularises about 95% of carbon collected from the forest. However, despite extraction and recycling processes a fraction of waste sludges remains unutilised. This sludge is chemically complex, high in water content and rich in wood cell wall components. The common waste management option for this sludge is monitored storage in landfills, so finding a treatment option for this sludge waste could be revolutionary for the paper industry as it provides both economic and environmental benefits. An ongoing project at KTH is investigating the metabolic role of the existing sludge microbiome with the aim of reaching insights into potential bioremediation options. This thesis project expanded this work by using computational and biochemical analysis for identification of candidate carbohydrate active enzymes (CAZymes) with activities relevant for degradation of the sludge waste.

The microbial composition of the sampled sludge was investigated using marker gene analysis of the bacterial 16s rRNA gene, and data from shotgun metagenomics experiments were screened for genes encoding putative CAZymes was performed, using the annotation pipeline dbCAN3. Further functional gene annotation was performed using various bioinformatic techniques. This ultimately resulted in 40 identified candidate CAZymes, shortlisted due to their expected roles in sludge polymer breakdown. Nine targets were chosen for further biochemical analysis in which gene expression was performed using Escherichia coli (BL21(DE3) and TOP10) with the pBAD promoter system. The results were analysed using SDS-PAGE. No recombinant protein production was identified. However, the marker gene analysis and enzyme screening provided useful insights into the microbial composition as well as present CAZyme-genes. The insights reached within this thesis are relevant for the research focused on finding novel bioremediation strategies for treatment of pulp and paper sludge waste. However, future work is needed to optimise and achieve successful gene expression of the identified candidate CAZymes.