Новый биопроцесс производит биотопливо и ценные химические вещества

Группа ученых из Иллинойского университета Урбана-Шампейн разработала биопроцесс с использованием модифицированных дрожжей, который полностью и эффективно перерабатывает растительную массу, состоящую из ацетата и ксилозы, в ценные биопродукты.

Лигноцеллюлоза, древесный материал, придающий растительным клеткам их структуру, является самым распространенным сырьем на Земле и давно рассматривается как источник возобновляемой энергии. Она содержит в основном ацетат и сахара - глюкозу и ксилозу, которые выделяются при разложении.

Новое эффективное биотопливо

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, команда описала свою работу, которая предлагает жизнеспособный метод преодоления одного из основных препятствий на пути коммерциализации лигноцеллюлозного биотоплива - токсичности ацетата для ферментирующих микробов, таких как дрожжи.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

"Это первый подход, демонстрирующий эффективное и полное использование ксилозы и ацетата для производства биотоплива", - сказал профессор кафедры пищевых наук и питания человека Йонг-Су Джин. Сотрудник Института геномной биологии имени Карла Р. Вуза, Джин руководил исследованием вместе с тогдашним аспирантом Ляном Суном, первым автором статьи.

Их методика полностью использовала ксилозу и ацетат из клеточных стенок switchgrass, превращая ацетат из нежелательного побочного продукта в ценный субстрат, который повышает эффективность дрожжей при преобразовании сахаров в гидрозолятах.

"Мы выяснили, что можем использовать то, что считалось токсичным, бесполезным веществом, в качестве дополнительного источника углерода вместе с ксилозой для экономичного производства ценных химических веществ", таких как лактон триацетовой кислоты, или TAL, и витамин А, которые получаются из одной и той же молекулы-предшественника, ацетил-коэнзима А, сказал Джин.

TAL - это универсальный химикат-платформа, который в настоящее время получают путем переработки нефти и используют для производства пластмасс и пищевых ингредиентов, говорит Сун, который в настоящее время является аспирантом Висконсинского университета в Мэдисоне.

В предыдущей работе соавтор Су Рин Ким, в то время сотрудник Института энергетических бионаук, создал штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae для быстрого и эффективного потребления ксилозы. В настоящее время Ким является преподавателем Национального университета Kyungpook, Южная Корея.

 В текущем исследовании они использовали траву коммутатора, собранную на Энергетической ферме Университета, для получения гидролизата гемицеллюлозы. Инженерные дрожжевые клетки использовались для ферментации глюкозы, ксилозы и ацетата в гидролизатах.

Когда глюкоза и ацетат подавались вместе, S. cerevisiae быстро преобразовывали глюкозу в этанол, снижая уровень pH клеточной культуры. Однако потребление ацетата сильно ингибировалось, в результате чего культура становилась токсичной для дрожжевых клеток в условиях низкого pH.

Когда ксилоза была предоставлена вместе с ацетатом, "эти два источника углерода образовали синергию, которая способствовала эффективному метаболизму обоих соединений", - сказал Сун. "Ксилоза поддерживала рост клеток и давала достаточно энергии для усвоения ацетата. Поэтому дрожжи могли очень эффективно метаболизировать ацетат в качестве субстрата для производства большого количества TAL".

В то же время уровень pH среды повышался по мере метаболизма ацетата, что, в свою очередь, способствовало потреблению дрожжами ксилозы, сказал Сун.

Проанализировав экспрессию генов S. cerevisiae с помощью секвенирования РНК, они обнаружили, что ключевые гены, участвующие в поглощении и метаболизме ацетата, были резко повышены под действием ксилозы по сравнению с глюкозой, сказал Сан.

Дрожжевые клетки, которые питались и ацетатом, и ксилозой, накапливали больше биомассы, а также на 48% и 45% увеличивали уровень липидов и эргостерола, соответственно. Эргостерол - это грибковый гормон, который играет важную роль в адаптации к стрессу во время ферментации.

"Совместное использование ксилозы и ацетата в качестве источников углерода позволило нам значительно увеличить производство TAL - в 14 раз по сравнению с предыдущими результатами, полученными с помощью модифицированных S. cerevisiae", - сказал Сун. "Мы применили эту стратегию и для производства витамина А, продемонстрировав ее потенциал для перепроизводства других ценных биопродуктов, получаемых из ацетил-КоА, таких как стероиды и флавоноиды".

Поскольку процесс тщательно использует источники углерода в лигноцеллюлозной биомассе, Джин и Сун заявили, что он может быть легко интегрирован в целлюлозные биофабрики.

"Речь идет об устойчивости нашего общества", - сказал Сун. "Мы должны полностью использовать эти неиспользованные ресурсы, чтобы построить устойчивое будущее. Мы надеемся, что через 50 или 100 лет мы будем производить энергию и материалы, необходимые для нашей повседневной жизни, в основном из этих возобновляемых и богатых сырьевых ресурсов. Это наша цель. Но пока мы просто делаем небольшие вещи, чтобы убедиться, что это постепенно происходит". опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Подписывайтесь на наш youtube канал!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet