Выявлены отличительные особенности перспективного промышленного микроорганизма

Бактерия Clostridium tyrobutyricum (грамположительная, анаэробная, образующая споры) считается многообещающим промышленным штаммом-хозяином для производства различных химических веществ, включая масляную кислоту (предшественник биотоплива). Несмотря на потенциал, C. tyrobutyricum мало изучена из-за ограниченного понимания её генотипических и метаболических характеристик на уровне генома.

Корейская исследовательская группа под руководством профессора Санг Юпа Ли из KAIST расшифровала последовательность генома C. tyrobutyricum и её протеомные профили в ходе периодического брожения. В результате выяснилось, что бактерия не только способна производить большое количество масляной кислоты, но и устойчива к токсичным соединениям, таким как 1-бутанол. Результаты опубликованы в mBio 14 июня 2016 года.

Команда использовала генопротеомный подход (комбинация геномики и протеомики) для изучения метаболических особенностей C. tyrobutyricum. В отличие от Clostridium acetobutylicum (широко используется для производства 1-бутанола), C. tyrobutyricum имеет новый путь образования бутирата и различные механизмы сохранения энергии в анаэробных условиях. Экспрессия различных метаболических генов анализировалась с помощью «шотган» протеомного подхода.

Биопроизводство 1-бутанола (биотопливо нового поколения) до сих пор опиралось на клостридиальные штаммы (C. acetobutylicum и C. beijerinckii), которые имеют низкую толерантность к собственному продукту — 1-бутанолу. C. tyrobutyricum не производит 1-бутанол, но обладает более высокой толерантностью к нему и быстрым усвоением моносахаридов по сравнению с этими видами.

Исследователи идентифицировали большинство генов, вовлечённых в центральный метаболизм C. tyrobutyricum, на основе данных полного генома и протеома. Это ускорит инженерную модификацию бактерии для производства полезных химических веществ (масляная кислота, 1-бутанол) вместо традиционных бактериальных хозяев.

Профессор Санг Юп Ли: «Уникальные метаболические особенности и механизмы энергосбережения C. tyrobutyricum можно использовать в различных разработанных нами микробных хозяевах для повышения их продуктивности. Более того, открытия, касающиеся C. tyrobutyricum, станут первым шагом к прямой инженерии этой бактерии».

Директор Джин-Ву Ким (Министерство науки, Республика Корея): «Эффективное производство масляной кислоты с помощью метаболической инженерии сыграет важную роль в создании биопроцесса для химического производства».