Включение переключателя для биотоплива
Растительные клеточные стенки содержат возобновляемый, практически неисчерпаемый запас сахара, который можно использовать в производстве химикатов и биотоплива. Однако извлечь эти сахара не так-то просто.
Имидазолиевые ионные жидкости (IIL) — один из лучших растворителей для извлечения сахаров из растений. Но сахара из биомассы, обработанной IIL, неизбежно загрязнены остаточными IIL, которые ингибируют рост бактерий и дрожжей, блокируя биохимическое производство этими организмами.
Ученые Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и их коллеги из Объединенного института биоэнергетики определили молекулярный механизм в бактериях, которым можно манипулировать для повышения толерантности к IIL и, следовательно, преодоления ключевого пробела в процессах производства биотоплива и биохимикатов. Исследование опубликовано в Journal of Bacteriology.
«Токсичность ионных жидкостей — критическое препятствие на многих промышленных биосинтетических путях, — сказал биолог LLNL Майкл Телен, ведущий автор статьи. — Нам удалось найти микробы, устойчивые к цитотоксическим эффектам».
Команда использовала четыре штамма бацилл, выделенных из компоста (и мутантную бактерию E. coli), и обнаружила, что два штамма и мутант E. coli могут выдерживать высокие уровни двух широко используемых IIL.
Дуглас Хиггинс, постдок, работавший с Теленом, углубился в то, как именно бактерии это делают. В каждой из бактерий он идентифицировал мембранный транспортер (насос), ответственный за выведение токсичной IIL. Он также обнаружил два случая, когда ген этого насоса содержал изменения в РНК-последовательности регуляторного гуанидинового рибопереключателя. Гуанидин — токсичный побочный продукт нормальных биологических процессов; однако клеткам необходимо избавляться от него до того, как он накопится.
Нормальный, немодифицированный рибопереключатель взаимодействует с гуанидином и претерпевает конформационные изменения, заставляя насос включиться и делая бактериальные клетки устойчивыми к IIL.
«Наши результаты демонстрируют критическую роль, которую гены транспортеров и их генетический контроль играют в толерантности к IIL у их природных бактериальных хозяев, — сказал Телен. — Это всего лишь еще один шаг в направлении внедрения толерантности к IIL в промышленные штаммы и преодоления этого ключевого пробела в производстве биотоплива».
Результаты могут помочь определить стратегии генной инженерии для улучшения преобразования целлюлозных сахаров в биотопливо и биохимикаты в процессах, где низкая концентрация ионных жидкостей превышает бактериальную толерантность.