Ученые привлекли выносливые дрожжи для удешевления производства этанола
Дрожжи играют ключевую роль в превращении («брожении») сахаров из растений в этанол. Но не все дрожжи одинаковы. Некоторые ферментируют лучше, потому что могут выдерживать суровые условия биореакторов.
Таким исключительным штаммом является Clavispora NRRL Y-50464.
Ученые из Службы сельскохозяйственных исследований (ARS) в Пеории (Иллинойс) использовали метод «адаптивной лабораторной эволюции», чтобы получить этот выносливый штамм. В тестах он превзошел промышленный стандарт — Saccharomyces cerevisiae.
Хотя кукурузный крахмал долго был основным источником сахаров для этанола, внимание сместилось на альтернативы: многолетние травы, побочные продукты лесного хозяйства и растительные остатки (например, рисовую солому и кукурузную кочерыжку).
Чтобы получить из них сахара, необходимо сначала разрушить лигноцеллюлозу (целлюлозу и лигнин) ферментами или разбавленными кислотами. Однако это приводит к образованию побочных продуктов, таких как фурфурол, которые вредны для дрожжей и мешают ферментации.
Clavispora NRRL Y-50464 — не обычные дрожжи. Этот штамм, отобранный из природной популяции на сорго, обладает:
- Термоустойчивостью (до 39 °C).
- Быстрым ростом.
- Способностью обезвреживать вредные побочные продукты.
- Ключевое преимущество: он самостоятельно производит фермент бета-глюкозидазу, который расщепляет простые сахара из лигноцеллюлозы для брожения.
Это устраняет необходимость добавлять бета-глюкозидазу и снижает ферментные затраты на производство целлюлозного этанола, что особенно важно, так как они обычно в 10 раз выше, чем при использовании крахмала. ARS запатентовала этот штамм.
Результаты испытаний
В лабораторных испытаниях с использованием метода «одновременного осахаривания и брожения» штамм Clavispora превзошел генетически модифицированные штаммы Saccharomyces.
Основные результаты, опубликованные в International Journal of Microbiology:
- Концентрация этанола 47 г/л из очищенной целлюлозы за 72 часа (при промышленном стандарте 40 г/л) без добавления бета-глюкозидазы.
- 32 г/л из предобработанной кукурузной кочерыжки за 48 часов и 25 г/л из рисовой соломы за 36 часов — это самое короткое время для производства этанола из таких остатков.
- Лучшая устойчивость к уксусной кислоте (используемой при предобработке) и к температуре.
Хотя Clavispora не ферментирует все типы сахаров из лигноцеллюлозы, она обладает потенциалом для снижения стоимости производства этанола. Ее генетические особенности также могут дать ключ к улучшению других микробных штаммов. Для успеха потребуются инженерные улучшения биореакторов, включая их способность перемешивать смесь с высокой концентрацией твердых веществ.