“超级酵母”有能力提高生物燃料的经济效益

2020-11-10 75酵母菌

“超级酵母”有能力提高生物燃料的经济效益。威斯康星大学麦迪逊分校和五大湖生物能源研究中心(GLBRC)的科学家们找到了一种方法,使常用的工业酵母菌株将植物糖转化为生物燃料的效率提高了近一倍。这种新设计的 "超级酵母 "可以提高生产乙醇、特种生物燃料和生物制品的经济效益。

“超级酵母”有能力提高生物燃料的经济效益

尽管几个世纪以来,Saccharomyces cerevisiae一直是面包师和酿酒师的首选酵母,但它对研究人员利用它从纤维素生物质(如草、木材或植物的非食品部分)中制造生物燃料提出了独特的挑战。这种世界著名的微生物非常善于将植物的葡萄糖转化为生物燃料,但在其他方面却是一个挑剔的食客,忽略了植物的木糖,这是一种五碳糖,可以占到所有可用植物糖的近一半。

"为了使纤维素生物燃料变得经济可行,微生物需要能够将植物的所有糖类,包括木糖,转化为燃料,"GLBRC研究的首席研究员、UW-Madison副科学家Trey Sato说。

在发表在《PLOS Genetics》杂志上的一项研究中,Sato和他的GLBRC合作者描述了特定基因突变的分离,这些突变使S.cerevisiae能够将木糖转化为乙醇,这一发现可以将木糖从一种废物转化为燃料来源。为了发现这些基因突变,研究人员不得不解开数百万年的进化过程,挑明是什么导致S.cerevisiae首先在饮食习惯上变得如此有选择性。

研究内容

首先,佐藤和同事给了酵母一个选择,类似于晚餐吃胡萝卜或什么都不吃,用木糖包围S.cerevisiae,直到它重新评估对木糖的厌恶或死亡。佐藤和他的同事们,包括共同通讯作者罗伯特-兰迪克(UW-麦迪逊大学生物化学教授)和奥黛丽-加斯奇(UW-麦迪逊大学遗传学教授)花了10个月和数百代的 "定向进化",才创造出一株能发酵木糖的S.cerevisiae。

当研究人员分离出他们命名为GLBRCY128的超级酵母后,他们还需要了解到底是如何进化的,以便复制它。Gasch将Y128的基因组与原始菌株进行了比较,梳理了每个菌株的约5200个基因,找到了导致适应行为的四个基因突变。为了验证他们的发现,研究人员从母株中手动删除了这些突变,产生了同样的结果。

佐藤表示,“超级酵母”有能力提高生物燃料的经济效益,这项工作可以使今后的生物燃料研究广泛开展。随着Y128的制造技术的公布,研究人员可以自由地自己制造,以达到将其应用于新的生物质预处理技术或不同植物材料的目的。"科学家们将不需要根据我们在这里做的过程来调整他们的研究,"他说。"他们可以直接采用我们的技术,制作自己的菌种。"

研究意义与展望

未来的研究还可能集中在超级酵母在创造特种生物燃料和生物制品方面的潜在强大作用。

"我们想利用这种菌株,制造出更高阶的分子,可以进一步转化为喷气燃料或类似异丁醇、脂类或柴油燃料的东西,"佐藤说。"而如果我们知道如何更好地代谢碳,包括木糖,理论上任何人都应该能够重新连接或改变代谢途径,以生产各种生物燃料产品。"

引用

University of Wisconsin-Madison. "'Super yeast' has the power to improve economics of biofuels." ScienceDaily. ScienceDaily, 17 October 2016. www.sciencedaily.com/releases/2016/10/161017124017.htm.

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