Инженерия толерантности дрожжей к перспективному растворителю для переработки биомассы

Для превращения растительного сырья в топливо и биопродукты его необходимо расщепить на усваиваемые микробами сахара. Гамма-валеролактон (GVL) — перспективный химический растворитель для деструкции биомассы, но он токсичен для ферментативных микробов.

Учёные выявили механизмы токсичности GVL для микробов и определили делеции генов, которые создавали чувствительность или устойчивость к растворителю. На основе этих знаний они сконструировали штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae с повышенной толерантностью к GVL и улучшенной конверсией сахаров в биотопливо.

Метод и результаты:

• Использован подход химической геномики, измеряющий влияние малых молекул на микробы путём делеции несущественных генов.
• Профилирование показало, что GVL влияет на мембраны и мембраносвязанные процессы S. cerevisiae.
• Токсический эффект GVL на целостность клеточной мембраны усиливается этанолом, образующимся при ферментации.
• Делеция генов PAD1 и FDC1 в инженерном штамме дрожжей привела к улучшению роста, утилизации сахаров и производства этанола в синтетическом гидролизате, содержащем GVL, по сравнению с исходным штаммом.
• Протеомный анализ показал, что в присутствии GVL в модифицированном штамме более обильны ферменты биосинтеза клеточной мембраны, а уровни стеролов повышены.

Вывод:

Один из путей к толерантности дрожжей к GVL — изменение текучести мембраны. Исследование демонстрирует полезность методов химической геномики для быстрого выявления клеточных мишеней малых молекул и стратегий конструирования микробных штаммов для производства биотоплива и биопродуктов.