Химики запрограммировали дрожжи на превращение растительных сахаров в масла
Инженеры MIT генетически перепрограммировали штамм дрожжей, чтобы они гораздо эффективнее превращали сахара в жиры. Это достижение может сделать возможным возобновляемое производство высокоэнергетического топлива, такого как дизель.
Исследователи под руководством Грегори Стефанопулоса модифицировали метаболические пути дрожжей, естественным образом производящих большое количество липидов, повысив их эффективность примерно на 30%.
«Мы перенастроили метаболизм этих микробов, чтобы они могли производить масла с очень высоким выходом», — говорит Стефанопулос, ведущий автор исследования, опубликованного в выпуске Nature Biotechnology от 16 января.
Эта модернизация может сделать производство возобновляемого высокоэнергетического топлива экономически целесообразным. Команда MIT сейчас работает над дальнейшими улучшениями.
«Мы достигли около 75% потенциала этих дрожжей, и дополнительные 25% станут предметом последующей работы», — отмечает Стефанопулос.
Высокоэнергетическое топливо
Возобновляемые виды топлива, такие как этанол из кукурузы, полезны в качестве добавок к бензину, но для крупных транспортных средств (самолеты, грузовики, корабли) необходимо более мощное топливо, такое как дизель.
«Дизель — предпочтительное топливо из-за его высокой плотности энергии и высокой эффективности двигателей. Проблема в том, что до сих пор он полностью производится из ископаемого топлива», — объясняет Стефанопулос.
Биодизель из использованного кулинарного масла — дорогой и ограниченный источник. Крахмалы, такие как сахарный тростник и кукуруза, дешевле и доступнее, но эти углеводы сначала необходимо превратить в липиды.
Для этого исследователи начали работать с дрожжами Yarrowia lipolytica, которые естественным образом производят много липидов. Они сосредоточились на полном использовании электронов, образующихся при расщеплении глюкозы. Для этого они трансформировали Yarrowia с помощью синтетических путей, которые преобразуют избыток NADH (продукт расщепления глюкозы) в NADPH, используемый для синтеза липидов. Было протестировано более десятка модифицированных синтетических путей.
«Оказалось, что комбинация двух из этих путей дала наилучшие результаты», — говорит Стефанопулос. — «Фактический механизм, почему пара этих путей работает намного лучше, чем другие, до конца не понят».
Используя этот улучшенный путь, модифицированным дрожжевым клеткам требуется лишь две трети количества глюкозы по сравнению с немодифицированными клетками для производства того же количества масла.
Повышение эффективности
Хотя этот новый процесс конверсии глюкозы в липиды уже может быть экономически целесообразным, исследователи надеются сделать его еще более эффективным.
«Есть еще возможности для улучшения. Если мы продвинемся дальше в этом направлении, процесс станет еще эффективнее, требуя еще меньше глюкозы для производства галлона масла», — говорит Стефанопулос.
Исследователи также изучают возможность использования более дешевого растительного сырья, такого как трава и сельскохозяйственные отходы, что потребует преобразования целлюлозы в глюкозу.