Инженеры создали новый штамм дрожжей для повышения эффективности производства биотоплива и биохимикатов
Исследователи из Инженерной школы Кокрелла в Техасском университете в Остине использовали комбинацию метаболической инженерии и направленной эволюции для создания нового мутантного штамма дрожжей. Эта разработка может привести к более эффективному процессу производства биотоплива, что сделает его более экономически конкурентоспособным по сравнению с обычным топливом. Результаты были опубликованы онлайн в журнале Metabolic Engineering в марте.
Помимо биотоплива, новый штамм дрожжей можно использовать в производстве биохимикатов для получения олеохимикатов — веществ, традиционно получаемых из растительных и животных жиров и нефти, которые используются в различных бытовых товарах.
Профессор Хэл Альпер и его команда модифицировали особый тип дрожжевых клеток, Yarrowia lipolytica, значительно усилив их способность превращать простые сахара в масла и жиры (липиды). Эти липиды могут заменить продукты нефтепереработки. Работа Альпера соответствует усилиям Министерства энергетики США по разработке возобновляемого и рентабельного биотоплива из непищевой биомассы.
«Наш реконструированный штамм — это шаг к устойчивому и возобновляемому производству топлива, такого как биодизель, — сказал Альпер. — Кроме того, эта работа способствует общей цели достижения энергетической независимости».
Ранее команда Альпера успешно объединила генетически модифицированные дрожжевые клетки с обычным столовым сахаром для производства «возобновляемой версии легкой нефти» (sweet crude). На основе этого подхода команда использовала комбинацию стратегий эволюционной инженерии для создания нового мутантного штамма Yarrowia.
Ключевые улучшения нового штамма:
- Производит в 1.6 раза больше липидов, чем предыдущий штамм, за более короткое время.
- Достигает концентрации 40 граммов на литр — уровня, который делает дрожжевые клетки жизнеспособной платформой для создания биотоплива.
- Высокий выход липидов делает этот штамм одним из самых эффективных организмов для превращения сахара в липиды.
- Скорость производства липидов более чем в 2.5 раза выше, чем у предыдущего штамма.
«Это значительное улучшение нашей клеточной платформы позволяет этим клеткам конкурировать в индустрии биотоплива, — отметил Альпер. — Мы вышли на значения концентрации, которые начинают соответствовать другим промышленным топливным процессам».
Методология: метаболическая инженерия и направленная эволюция
Улучшение производительности Yarrowia было достигнуто с помощью комбинации метаболической инженерии и направленной эволюции. Последняя, подобно естественному отбору, направлена на выявление и культивирование высокопроизводительных клеток.
Исследователи использовали «схему плавающих клеток» (floating cell scheme): клетки с высоким содержанием липидов всплывали наверх пробирки, а клетки с низким содержанием — оседали на дно. Это позволило идентифицировать лучшие клетки.
«Мы смогли итерировать штамм через процесс направленной эволюции, который включает мутацию и отбор, и с каждым циклом мы получали всё лучшие и лучшие результаты», — пояснил Альпер.
Применения платформы
Помимо использования липидов для биотоплива, клеточная платформа способна производить олеохимикаты, включая:
- Питательные полиненасыщенные жирные кислоты
- Воски, смазочные материалы, масла
- Промышленные растворители
- Косметику
- Нутрицевтики (вид витаминных добавок)
Метод и платформа исследователей находятся на стадии оформления патента. Лаборатория Альпера продолжает работать над улучшением процесса превращения сахара в липиды и над расширением ассортимента производимых липидных продуктов.