Улучшение микробных путей для производства биотоплива

Исследователи из DOE JGI и Joint Bioenergy Institute идентифицировали гены в метаболическом пути микроба E. coli, которые могут улучшить производство терпенов.

Терпены — это высокоэнергетические соединения, производимые микробами и растениями, которые можно использовать для получения биотоплива. Увеличение выхода терпенов может привести к коммерческому производству таких биотоплив.

Терпены — это углеводороды в растениях (например, хвойных), которые служат механизмом самозащиты от вредителей. Исследователи в области биоэнергетики рассматривают терпены как высокоэнергетические метаболиты для производства биотоплива из растительного сырья. Например, производство терпенов в эвкалипте интересует учёных, которые были частью международного консорциума, описавшего геном эвкалипта в журнале Nature. Один из побочных проектов этой работы, возглавляемый соавтором исследования Джерри Тасканом (DOE JGI, Oak Ridge National Laboratory, BioEnergy Science Center), направлен на изучение образования масляных желёз в растениях и определение биохимического пути производства терпенов в листьях эвкалипта для разработки устойчивой альтернативы реактивному топливу.

В январском выпуске 2015 года журнала Applied and Environmental Microbiology учёные DOE JGI совместно с Joint BioEnergy Institute (JBEI) искали способы увеличения выхода терпенов в бактериях. В предыдущих работах исследователи JBEI показали, что бисаболан — биотопливо, получаемое из предшественника терпена бисаболена, — может служить альтернативой дизельному топливу. Они хотели улучшить производство терпенов в E. coli, используя метаболический DXP-путь, который считается более эффективным по конечному выходу, чем мевалонатный путь. Для разработки нового маршрута превращения C5-сахаров (например, ксилозы, образующейся при расщеплении гемицеллюлозы) в терпены они использовали стратегию направленной эволюции и удалили определённые гены в ключевой точке пути. В результате были обнаружены два новых маршрута производства терпена и кандидата в биотопливо — бисаболена: один возник благодаря спонтанным мутациям, а второй — в результате сверхэкспрессии выбранного гена-кандидата.

Команда также отметила, что применение этого инженерного подхода к DXP-путям в растениях и водорослях «может обеспечить более прямую связь от фиксации углерода (Ru5P в цикле Кальвина) к терпеновому пути».