Новый метод биоинженерии дрожжей может улучшить производство биотоплива
Исследователь из Центра биоэнергетических исследований Великих озёр (GLBRC) создал новый штамм дрожжей, который может повысить эффективность производства топлива из целлюлозной биомассы, например, проса прутьевидного.
Как сам штамм, так и метод его создания могут помочь преодолеть серьёзное узкое место в процессе получения биотоплива: мощные растворители, эффективно расщепляющие биомассу, часто мешают следующему критическому этапу — ферментации.
Авторы исследования, ведущий автор Куинн Дикинсон и старший автор Джефф Пиотровски, сосредоточились на ионных жидкостях — растворителях, способных расщеплять различные виды биомассы на относительно чистые потоки растительных сахаров, но которые также токсичны для микроорганизмов, ферментирующих эти сахара в топливо.
«Ионные жидкости — особенно перспективная технология для переработки биомассы, но их токсичность для ферментирующих микробов создавала проблему, — говорит Пиотровски. — Чтобы по-настоящему использовать силу этого растворителя и создать биоэкономику, нам нужны микробы, специально адаптированные для устойчивости к конкретной токсичности ионных жидкостей».
Используя метод химической геномики, исследователи задались целью создать штамм дрожжей, устойчивый к ионным жидкостям. Выявив в промышленно значимом штамме дрожжей гены, удаление которых делало дрожжи либо чувствительными, либо устойчивыми к ионным жидкостям, они смогли понять точную природу токсичности этих растворителей.
Эта информация позволила им успешно создать новый штамм дрожжей, который не только проявляет устойчивость к ионным жидкостям, но и улучшает конверсию сахаров и производство биотоплива. Поскольку удаление остатков ионной жидкости после расщепления — это дополнительный дорогостоящий этап, новый штамм сам по себе может снизить стоимость производства биотоплива.
Однако новый штамм — лишь часть открытия. Использованный метод, биодизайн, направляемый химической геномикой, также является новаторским и открывает большие возможности для будущего применения.
«Эта работа в более широком смысле показывает, что мы можем использовать химическую геномику для быстрого создания новых штаммов дрожжей в ответ на любое новое химическое соединение или растворитель, используемый в рамках новой технологии биоконверсии», — говорит Дикинсон.
GLBRC — один из трёх Центров биоэнергетических исследований Министерства энергетики США, созданных для революционных прорывов в области технологий целлюлозного биотоплива. Но Пиотровски отмечает, что метод биодизайна может быть полезен и за пределами биотоплива.
«Лекарства и экологически чистые химикаты — многие из этих продуктов также производятся с помощью дрожжей и других инженерных микробов. Этот подход задаёт парадигму для создания устойчивости, которая может улучшить и процесс производства этих продуктов».