Учёные создали дрожжи, способные ферментировать пять растительных сахаров для производства биотоплива

Исследователи из Университета Пердью улучшили штамм дрожжей, который может производить больше биотоплива из целлюлозного растительного материала, ферментируя все пять типов сахаров растения.

Команда под руководством Натана Мозьера, Мирослава Седлака и Нэнси Хо использовала гены гриба для модификации штамма дрожжей, ранее созданного Хо. Новые дрожжи могут ферментировать сахар арабинозу в дополнение к другим сахарам, содержащимся в растительном материале, таком как кукурузная солома, солома злаков, просо прутьевидное и другие отходы сельхозкультур.

"Природные дрожжи могут ферментировать три сахара: галактозу, маннозу и глюкозу. Оригинальные дрожжи Хо добавили к ним ксилозу, а теперь добавлен и пятый — арабиноза", — пояснила Нэнси Хо.

Добавление новых генов должно увеличить количество этанола, производимого из целлюлозного материала. Арабиноза составляет около 10% сахаров, содержащихся в этих растениях.

Устойчивость к уксусной кислоте

Помимо создания новых дрожжей, ферментирующих арабинозу, исследователи также разработали штаммы, более устойчивые к уксусной кислоте. Эта кислота, основной компонент уксуса, естественным образом присутствует в растениях и высвобождается вместе с сахарами перед процессом ферментации при производстве этанола. Она проникает в клетки дрожжей и замедляет брожение, увеличивая стоимость производства.

"Она ингибирует микроорганизм. Он производит меньше биотоплива и делает это медленнее. Если процесс замедляется слишком сильно, это уже неэффективный промышленный процесс", — отметил Натан Мозьер.

Учёные сравнили гены в более устойчивых штаммах, чтобы определить, какие именно гены обеспечивают устойчивость к уксусной кислоте. Усилив экспрессию этих генов, они повысили резистентность дрожжей.

Новый инструментарий для дрожжей

Мозьер пояснил, что арабиноза расщепляется так же, как и четыре других сахара, за исключением первых двух шагов. Добавление генов гриба позволило дрожжам создать необходимые ферменты для прохождения этих этапов.

"Это дало дрожжам новый набор инструментов. Теперь у дрожжей есть необходимые инструменты, чтобы включить арабинозу в цепочку", — сказал Мирослав Седлак.

Результаты исследования по устойчивости к уксусной кислоте опубликованы в июньском номере журнала FEMS Yeast Research. Находки, касающиеся ферментации арабинозы, опубликованы в ранней онлайн-версии журнала Applied Microbiology and Biotechnology.

Исследователи продолжат совершенствовать дрожжи, чтобы повысить их эффективность в промышленном производстве этанола и устойчивость к ингибиторам. Работа финансировалась Министерством энергетики США.