Прорыв в скрининге дрожжей может ускорить развитие биотоплива

Исследователи из Института исследований пищевых продуктов (IFR) разработали новый метод быстрого скрининга дрожжей, который может помочь в производстве более устойчивого биотоплива.

Эта техника также может стать прорывом в поиске новых способов получения ценных возобновляемых химикатов из растительных отходов, снижая зависимость от нефтехимии.

Дрожжи — ключевое звено в производстве биотоплива, они сбраживают сахара в этанол. Биотопливо первого поколения использовало сахара, крахмал и масла из специально выращиваемых растений. Однако это может конкурировать с продовольственными культурами за землю и ресурсы, поэтому большой интерес вызывает производство биотоплива из непродовольственных источников, таких как сельскохозяйственные отходы (например, солома). Проблема таких биотоплив второго поколения в том, что сахара менее доступны для дрожжей.

Предварительные обработки используются для разрушения клеточной структуры биомассы, а ферменты превращают обработанную биомассу в сахара для брожения дрожжами. Однако этот процесс осахаривания, наряду с предварительными обработками, может снижать экономическую целесообразность производства биотоплива. Предобработки также могут генерировать соединения, которые мешают дрожжам эффективно сбраживать.

Чтобы повысить эффективность получения биотоплива второго поколения, Центр биопереработки (Biorefinery Centre) в IFR объединил усилия с Национальной коллекцией культур дрожжей (NCYC). NCYC содержит более 4000 различных штаммов дрожжей. Скрининг этой коллекции может выявить дрожжи, которые от природы лучше производят биотопливо, особенно если они лучше справляются с ингибирующими соединениями, снижающими эффективность брожения у обычных штаммов. Одновременное осахаривание и брожение (SSF) считается большим шагом вперед для биопереработки, так как упрощает общий процесс и снижает затраты.

Скрининг тысяч дрожжей в разных условиях и на разных исходных материалах требует высокопроизводительной системы для быстрой и воспроизводимой работы с большим числом образцов. Однако не существовало способов делать это с твердыми «реальными» источниками биомассы, такими как тюки пшеничной соломы. Обычно эксперименты на таких субстратах проводят в колбах, но исследователям потребовалось уменьшить рабочие объемы в сто раз, используя 96-луночные планшеты — основу высокопроизводительной обработки.

Они разработали методику, позволившую точно и воспроизводимо измерять крошечные количества предобработанной биомассы. Многочисленные испытания показали, что выход биоэтанола такой же, как при использовании обычных колб большего масштаба.

«Эта работа представляет собой качественный скачок в нашей способности искать и использовать более широкий спектр промышленно значимых видов дрожжей и генов», — заявил куратор NCYC доктор Ян Робертс.

Новая методика также облегчит поиск дрожжей и других микроорганизмов, которые можно использовать для производства других биологических химикатов или фармацевтических препаратов.

«Теперь мы можем использовать эту технологию для быстрой оценки различных комбинаций: источников биомассы, микроорганизмов-ферментаторов и условий», — сказал профессор Кит Уолдрон, директор Центра биопереработки.