Раскрытие секретов ферментации открывает путь к новым биотопливам

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне впервые раскрыли сложную взаимозависимость и согласованность метаболических реакций, регуляции генов и сигналов окружающей среды в метаболизме клостридий. Это открытие дает новые возможности для разработки современных биотоплив.

"Эта работа углубляет наше фундаментальное понимание сложного, системного процесса ацетон-бутанол-этанолового (ABE) брожения у клостридий", — пояснил Тинг Лу, доцент кафедры биоинженерии в Иллинойсе. "Одновременно она предоставляет мощный инструмент для разработки штаммов и оптимизации протоколов, что способствует созданию биотоплив следующего поколения".

Микробный метаболизм — это процесс, с помощью которого микроб использует питательные вещества и вырабатывает энергию для жизни и размножения. Он обычно включает сложные биохимические процессы, реализуемые через согласованность метаболических реакций и регуляции генов, а также их взаимодействие с факторами окружающей среды. Каноническим примером является ABE-брожение, осуществляемое Clostridium acetobutylicum, в ходе которого клетки превращают источники углерода в органические кислоты, которые позже повторно ассимилируются для производства растворителей как стратегии клеточного выживания.

"Клостридия во время ферментации очень похожа на фабрику, которая превращает источники углерода в возобновляемое, современное биотопливо, которое можно напрямую использовать для заправки автомобилей", — добавил Лу. "Сложность и системная природа этого процесса долгое время недооценивались, что создавало трудности в понимании и оптимизации производства растворителей (ABE)".

"В этом исследовании мы разработали интегрированную вычислительную структуру для анализа и использования метаболизма растворителей у C. acetobutylicum", — сказал Чен Ляо, аспирант по биоинженерии и первый автор статьи "Integrated, Systems Metabolic Picture of Acetone-Butanol-Ethanol Fermentation by Clostridium acetobutylicum", опубликованной в Early Edition журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Насколько нам известно, эта структура впервые проливает свет на сложную системную координацию метаболических реакций, регуляции генов и сигналов окружающей среды во время клостридиального ABE-брожения", — отметил Лу. "Она также предоставляет количественный инструмент для генерации новых гипотез и для руководства разработкой штаммов и оптимизацией протоколов — бесценный для разработки эффективных стратегий метаболической инженерии, ускоряющих создание современных биотоплив. В более широком смысле, используя ABE-брожение в качестве примера, эта работа также проливает свет на системную биологию в направлении целостного и количественного понимания сложной микробной физиологии".