Трансгенный дрожжевой штамм снижает токсичность микотоксинов в зерне для производства этанола и кормов

Исследователи из Виргинского технологического университета и Службы сельскохозяйственных исследований USDA показали, что использование трансгенных дрожжей при ферментации ячменя позволяет преобразовать опасный микотоксин дезоксиниваленол (DON) в менее токсичную форму. Работа опубликована в сентябрьском выпуске журнала Biotechnology for Biofuels.

Проблема и цель исследования

Ячмень, особенно новые безпленочные озимые сорта с высоким содержанием крахмала, является перспективным сырьем для производства этанола. Побочным продуктом этого процесса являются сухие зерновые остатки (DDGS), используемые как корм для животных. Однако заражение зерна грибком Fusarium graminearum приводит к накоплению трихотеценовых микотоксинов, в частности DON. Эти токсины подавляют синтез белка, иммунную систему и репродуктивную функцию, что может привести к гибели животных.

Целью исследования была проверка возможности детоксикации DON непосредственно в процессе ферментации сырья для биоэтанола с помощью генетически модифицированных дрожжей.

Методология

• Исследователи отобрали два гена (TRI101 и TRI201) из гриба Fusarium graminearum, которые, как известно, преобразуют трихотецены в менее токсичные соединения.
• Эти гены были введены в лабораторный дрожжевой штамм RW2802.
• Трансгенные дрожжи использовали для ферментации четырех сортов ячменя, созданных для производства биотоплива: безпленочных Eve и VA06H-25, а также пленчатых Thoroughbred и Price.
• Эффективность преобразования токсина сравнивали с коммерческими дрожжами, оптимизированными для производства этанола.

Результаты

• В ходе ферментации с использованием трансгенных дрожжей, экспрессирующих гены TRI101 или TRI201, DON преобразовывался в менее токсичную форму 3-ацетил-DON (3ADON).
• Наибольшее снижение концентрации DON (на 52.4% – 58.1%) было зафиксировано при ферментации линии ячменя VA06H-25, которая изначально содержала самый высокий уровень токсина.
• «Во всех случаях использование дрожжей с добавленными генами приводило к снижению содержания DON по мере его преобразования в менее токсичную форму», — отметил ведущий автор исследования Пиюм А. Хатиби.

Значение работы

«Насколько нам известно, это первое подробное сообщение о дрожжах, экспрессирующих фермент модификации DON в процессе этаноловой ферментации ячменя», — заявил соавтор работы Дэвид Шмейли.

Исследование закладывает основу для стратегии биодетоксикации микотоксинов непосредственно в технологическом цикле производства биоэтанола. «Эта работа создает модель для будущих исследований, когда мы найдем фермент, способный полностью разрушить токсин», — добавил Хатиби.

Исследование финансировалось за счет грантов USDA, Virginia Agriculture Council и Maryland Grain Producers Utilization Board.