Микроб производит этанол из проса прутьевидного без предварительной обработки
Обычное производство этанола из растительной биомассы требует дорогостоящей предварительной обработки и ферментативных реакций. Усовершенствование стратегии консолидированной биопереработки (КБП) может снизить затраты. В КБП второго поколения микроорганизм расщепляет целлюлозу и сбраживает продукты в этанол. Учёные создали штамм бактерии Caldicellulosiruptor bescii, который эффективно расщепляет биомассу без предварительной обработки. Микроб производит этанол, демонстрируя успешную конверсию целлюлозной биомассы проса прутьевидного.
Прямое превращение биомассы в этанол без предварительной обработки представляет собой новую парадигму для КБП, открывая потенциал для углеродно-нейтрального, рентабельного и устойчивого производства биотоплива.
Проблема и решение
- Обычный процесс требует три шага: физико-химическая предобработка, ферментативный гидролиз до сахаров и брожение. Первые два этапа — самые затратные.
- КБП позволяет в одном процессе с помощью одного микроорганизма превращать необработанную биомассу в биотопливо.
Инженерный подход
- C. bescii мог сбраживать необработанное просо, но не имел генов для производства этанола.
- Поскольку C. bescii — термофил, а КБП проводится при повышенных температурах, нужен был ген термостабильного фермента для синтеза этанола.
- Исследователи нашли подходящий ген в Clostridium thermocellum и клонировали его в C. bescii. Полученный штамм смог производить этанол из целлобиозы, авицела и проса.
Оптимизация и результаты
- Для оптимизации брожения удалили два гена, отвлекающие продукты метаболизма.
- Новый штамм C. bescii сбраживал около 30% биомассы.
- Выход этанола составил 1.7 моль этанола на моль глюкозы, что близко к теоретическому максимуму в 2.0 моля.
Хотя эффективность можно повысить, это исследование — важный шаг к реализации потенциала КБП и создаёт платформу для производства продвинутых биотоплив и других продуктов напрямую из целлюлозной биомассы без жёсткой и дорогой предварительной обработки.