Создание устойчивых дрожжей для биотоплива будущего

Остатки урожая — кукурузная солома, пшеничная мякина и другие грубые волокнистые материалы — вскоре могут стать дешевле в переработке в целлюлозный этанол благодаря исследованиям ученых Министерства сельского хозяйства США (USDA), посвященным перспективным дрожжам для биорефининга.

Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-50049 успешно сбраживает растительные сахара в целлюлозный этанол, несмотря на стрессовое воздействие проблемных соединений, таких как фурфурол (2-фуральдегид) и ГМФ (5-гидроксиметил-2-фуральдегид), в ферментерах. Исследования проводил молекулярный биолог Цонглин Льюис Лю из Службы сельскохозяйственных исследований USDA (ARS).

Эти проблемные соединения образуются в процессе предварительной обработки остатков урожая разбавленной кислотой. Они ингибируют рост дрожжей и снижают выход этанола, повреждая клеточные стенки и мембраны дрожжей, нарушая их генетический материал (ДНК и РНК) и мешая ферментативной активности при брожении.

Начиная с 2003 года, Лю и его коллеги работали с десятками штаммов S. cerevisiae — вида, уже используемого для производства этанола из растительного крахмала. Используя лабораторный подход «эволюционной инженерии», ученые ускорили естественную адаптацию микроорганизма к враждебной среде, создаваемой ингибиторами. Штамм NRRL Y-50049 стал одним из результатов этих исследований.

Ученые выявляют гены и множественные генные сети, которые, вероятно, ответственны за выдающуюся устойчивость, проявленную этими дрожжами в лабораторных испытаниях с 2-литровым ферментером.

Их исследования показывают, что из почти 7000 генов в геноме S. cerevisiae более 350 могут быть вовлечены в противодействие стрессу. Например, Лю и коллеги установили, что ген YAP1 действует как мастер-ген, координируя взаимодействие многих связанных генов, чтобы они работали вместе, снижая воздействие фурфурола и ГМФ.