Биоинженеры создали штамм бактерий для увеличения производства этанола

Команда биоинженеров из США модифицировала штамм бактерий, чтобы повысить его способность производить этанол. Исследование, опубликованное в Biotechnology and Bioengineering, показывает, как можно комбинировать адаптацию и метаболическую инженерию для улучшения штаммов, что является положительным развитием для индустрии биотоплива.

Команда сосредоточила свои исследования на Zymomonas mobilis — бактерии, известной своим потенциалом для производства биоэтанола. Однако исследователи полагали, что производство этанола можно увеличить за счёт улучшения ферментации ксилозы.

"Zymomonas mobilis — превосходный производитель этанола, чья продуктивность в несколько раз превышает продуктивность дрожжевых штаммов, — сказала ведущий автор Рэйчел Чен из Технологического института Джорджии. — В этом исследовании мы стремились улучшить производство этанола, повысив способность Z. mobilis использовать и ферментировать ксилозу. Ферментация ксилозы в высокой концентрации, в свою очередь, может увеличить концентрацию этанола, что приведёт к значительному улучшению продуктивности".

Команда обнаружила, что благодаря метаболическому изменению штамма время ферментации сахара сократилось с более чем 110 часов до примерно 35 часов. Это улучшение ферментации позволило штамму сбраживать более высокие концентрации ксилозы.

"Продемонстрированное увеличение ферментации и утилизации ксилозы позволило нам получить этанол с концентрацией 9% (w/v) — самой высокой из когда-либо показанных для этого организма при ферментации смешанных сахаров", — сказала Чен.

Это исследование также изучило лежащий в основе улучшения механизм. Интересно, что адаптация штамма в высокой концентрации ксилозы привела к значительным изменениям метаболизма.

Одним из заметных изменений стало снижение уровня ксилита — побочного продукта ферментации ксилозы, который может ингибировать метаболизм ксилозы у штамма. Кроме того, первая стадия метаболизма ксилозы, считающаяся лимитирующей, у адаптированного штамма ускорилась в 4–8 раз, что в итоге направило ксилозу на производство этанола вместо ксилита.

"Это исследование иллюстрирует силу адаптации в улучшении штаммов, — заключила Чен. — Оно подтверждает, что метаболизм ксилита является ключом к эффективному использованию ксилозы этой бактерией, что, в свою очередь, может быть жизненно важным для производства этанола. Это показывает, что адаптация не только полезна для улучшения штаммов, но и одинаково полезна для выявления ключевых узких мест в метаболически модифицированных штаммах".