И штамм дрожжей, и метод его создания могут помочь преодолеть серьезное узкое место в трубопроводе биотоплива, а именно то, что мощные растворители, которые так хорошо расщепляют биомассу, также иногда препятствуют следующему критическому этапу процесса — ферментации.Ведущий автор Куинн Дикинсон, исследователь из Висконсинского энергетического института Висконсин-Мэдисон и GLBRC, и старший автор Джефф Пиотровски, до недавнего времени учёный GLBRC, сосредоточили свои усилия на ионных жидкостях — растворителях, которые могут расщеплять различные виды биомассы на относительно чистые потоки растительного сахара, которые также токсичны для микроорганизмов, которые ферментируют эти сахара в топливо.
«Ионные жидкости — особенно многообещающая технология для разрушения биомассы, но их токсичность для ферментативных микробов представляет проблему», — говорит Пиотровски, ныне главный научный сотрудник Yumanity Therapeutics в Массачусетсе. «Чтобы по-настоящему использовать силу этого растворителя — и создать экономику на основе биологических материалов — нам нужны микробы, специально адаптированные для того, чтобы выдерживать специфическую токсичность ионных жидкостей».Используя метод, называемый химической геномикой, Дикинсон и Пиотровски решили создать штамм дрожжей, способный переносить ионные жидкости.
Идентифицировав ряд генов в промышленно значимом штамме дрожжей, при удалении которых либо делали дрожжи чувствительными к ионным жидкостям, либо устойчивыми к ним, они смогли понять точную природу токсичности ионных жидкостей для дрожжей.Эта информация помогла им успешно создать новый штамм дрожжей, который не только демонстрирует устойчивость к ионным жидкостям, но также улучшает конверсию сахара и производство биотоплива. Поскольку удаление остаточной ионной жидкости после деконструкции является дополнительным этапом, требующим дополнительных затрат, новый штамм сам по себе может снизить затраты на производство биотоплива.И все же новый штамм дрожжей — это на самом деле только одна часть открытия.
Техника, которую они использовали для этого, — био-дизайн на основе химической геномики — также нова и богата потенциалом для будущих применений.«В более широком смысле эта работа показывает, что мы можем использовать химическую геномику для быстрого создания новых штаммов дрожжей в ответ на любое новое химическое соединение или любой новый растворитель, используемый как часть новой технологии биоконверсии», — говорит Дикинсон.GLBRC — один из трех исследовательских центров по биоэнергетике Министерства энергетики, созданных с целью совершить революционные прорывы и заложить основу для новых технологий целлюлозного биотоплива. Но Пиотровски отмечает, что метод биодизайна может быть полезен не только в сфере биотоплива.
«Лекарства и экологически чистые химические вещества, многие из этих продуктов также производятся из дрожжей и других искусственно созданных микробов», — говорит он. «Этот подход обеспечивает парадигму инженерной терпимости, которая также может улучшить процесс производства этих продуктов».