Новый метаболический путь для улучшения производства биотоплива
Исследователи из Института энергетической биологии (EBI) нашли способ увеличить производство топлива и других химических веществ из биомассы, сбраживаемой дрожжами. Внедрив новые метаболические пути в дрожжи, они позволили микроорганизмам эффективно сбраживать целлюлозу и гемицеллюлозу — два основных типа сахаров в клеточной стенке растений — без использования экологически агрессивных предварительных обработок или дорогих ферментных коктейлей.
"Мы обнаружили новые химические вещества, которые грибы и бактерии генерируют как метаболиты в своей стратегии потребления растительной клеточной стенки. Это общая часть глобального углеродного цикла", — говорит Джейми Кейт, ведущий автор исследования. — "Теперь мы можем сконструировать дрожжи, производящие биотопливо, так, чтобы они делали то же, что и эти грибы с бактериями, открывая множество новых возможных сценариев для создания биотоплива и других важных продуктов".
Проблема и решение
Микробное брожение сахаров, хранящихся в клеточных стенках растений, — многообещающий источник биотоплива и химикатов. Однако для экономической эффективности требуется преобразование сложных сахаров в простые, способные к брожению. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae, обычно используемые для производства биотоплива, не могут сбраживать ксилозу — один из самых распространённых сахаров в гемицеллюлозе.
Ключевое открытие
Работая через EBI, команда идентифицировала метаболические пути у гриба Neurospora crassa, используемые для переваривания ксилозы. В отличие от S. cerevisiae, многие целлюлолитические грибы, включая N. crassa, естественным образом хорошо растут как на целлюлозных, так и на гемицеллюлозных компонентах клеточной стенки растений.
Инжиниринг дрожжей
Чтобы заставить метаболические пути N. crassa работать в дрожжах, исследователи внедрили в дрожжи пять новых генов. Это позволяет дрожжам напрямую сбраживать сахара ксилозы в целевое биотопливо или химический продукт.
Преимущества технологии
- Более мягкая предобработка: Сахара могут высвобождаться из клеточных стенок растений с помощью простой предварительной обработки горячей водой, а не кислотами или ионными жидкостями.
- Экономия: Агрессивные химикаты, в отличие от горячей воды, необходимо удалять перед ферментацией, чтобы не навредить микроорганизмам. Это ещё одна крупная статья расходов в дополнение к дорогим ферментам.
"Мы считаем, что внедрение метаболических путей N. crassa в дрожжи может широко использоваться для преодоления существующих узких мест в ферментации лигноцеллюлозного сырья как устойчивого и экономичного источника биотоплива и возобновляемых химикатов", — заключает Кейт.
Исследование опубликовано в журнале eLife под названием "Expanding xylose metabolism in yeast for plant cell wall conversion to biofuels".