Геномы дрожжей для биотоплива указывают на факторы, которые могут ускорить производство этанола

В двух исследованиях, опубликованных в Genome Research, учёные проанализировали структуру геномов микроорганизмов, производящих биоэтанол, обнаружив генетические ключи, важные для разработки новых технологий глобального производства.

Биоэтанол производится путём ферментации растительного материала (например, сахарного тростника или кукурузы) дрожжами Saccharomyces cerevisae. Штаммы дрожжей, используемые в промышленном производстве, значительно выносливее своих "пивных" аналогов. Если выявить генетические изменения, лежащие в основе этой адаптации, можно создать новые штаммы для ускорения мирового производства биотоплива.

Исследование 1: Геномная пластичность

Группа под руководством Лукаса Аргесо из Университета Дьюка и Бразилии секвенировала и проанализировала полный геном промышленного штамма PE-2, широко используемого в Бразилии. Исследование показало, что периферические области хромосом этого штамма обладают пластичностью — в них обнаружены многочисленные перестройки последовательностей.

Эти хромосомные перестройки привели к амплификации (увеличению числа копий) генов, отвечающих за устойчивость к стрессу, что, вероятно, и позволило штамму адаптироваться к жёстким промышленным условиям. Поскольку PE-2 поддаётся генной инженерии, эта работа открывает путь к созданию технологий для повышения выхода биоэтанола.

Исследование 2: Амплификация витаминных генов

Группа исследователей из Стэнфордского университета и Бразилии под руководством Бориса Стамбука и Гэвина Шерлока проанализировала структуру геномов пяти промышленных штаммов, включая PE-2. У всех пяти штаммов обнаружена амплификация генов, вовлечённых в синтез витаминов B₆ и B₁, которые критически важны для эффективного роста и утилизации сахара.

Эксперименты подтвердили, что эти амплификации генов обеспечивают устойчивый рост в промышленных условиях. Это указывает, что дрожжи адаптировались к ограниченной доступности витаминов в производственном процессе, получив конкурентное преимущество. Это знание можно использовать для создания новых штаммов дрожжей, способных к ещё более эффективному производству биоэтанола из более широкого спектра сельскохозяйственного сырья.

Информация, полученная в этих геномных исследованиях промышленных дрожжей, будет бесценна для оптимизации производства биотоплива и внедрения этой технологии по всему миру.