«Мы обнаружили новые химические вещества, вырабатываемые грибами и бактериями в качестве метаболитов в их стратегии поедания клеточной стенки растений, которые являются общей частью глобального углеродного цикла», — говорит Джейми Кейт, штатный научный сотрудник отдела физических биологических наук Berkeley Lab и профессор биохимии, биофизики и структурной биологии Калифорнийского университета в Беркли. "Теперь мы должны иметь возможность разработать дрожжи для производства биотоплива, которые будут делать то, что делают эти грибы и бактерии, открывая множество новых возможных сценариев для производства биотоплива и других важных продуктов."
Стоимость бензина в насосе может снижаться, но чрезмерный выброс углерода в атмосферу продолжает расти. Для замены бензина, дизельного и реактивного топлива необходимы чистые, экологически чистые и возобновляемые виды топлива для транспорта.
Также необходимы экологически чистые и устойчивые альтернативы нефтехимии. Микробная ферментация целлюлозных сахаров, хранящихся в стенках растительных клеток, и других форм биомассы является очень многообещающим источником биотоплива и химикатов при условии, что процесс можно проводить с достаточной экономией. Это требует преобразования сложных сахаров в простые сахара, которые можно ферментировать.
Работая с EBI, Кейт и группа сотрудников определили метаболические пути у гриба Neurospora crassa, которые используются для переваривания ксилозы, одного из самых распространенных сахаров в гемицеллюлозе.
Дрожжи Saccharomyces cerevisiae, микроб, наиболее часто используемый для производства биотоплива, не могут сбраживать ксилозу.
"В отличие от S. cerevisiae, многие целлюлолитические грибы, включая N. crassa естественным образом хорошо растут как на целлюлозе, так и на гемицеллюлозных компонентах клеточной стенки растений », — говорит Кейт. "Используя данные функциональной геномики и N. crassa, мы идентифицировали отдельные пути, используемые N. crassa для потребления целлодекстринов и ксилодекстринов, высвобождаемых из стенок растительных клеток секретируемыми ферментами."
Чтобы включить N. crassa работают в дрожжах, Кейт и его сотрудники ввели в дрожжи пять новых генов.
Хотя новые пути и гены позволяют дрожжам напрямую сбраживать ксилозные сахара в желаемое биотопливо или химический продукт, эти сахара все же должны высвобождаться из клеточных стенок растений. Однако это можно сделать с помощью простой предварительной обработки горячей водой, а не кислотами или ионными жидкостями, которые используются в современных методах предварительной обработки. Жесткие химические вещества, такие как кислоты и ионные жидкости, в отличие от горячей воды, должны быть удалены перед ферментацией, чтобы не нанести вред микробам. Это еще одна крупная статья расходов в дополнение к дорогостоящим ферментам, необходимым для расщепления ксилозных сахаров.
«Мы считаем, что представляя N. crassa в дрожжи могут найти широкое применение, помогая преодолеть существующие узкие места для ферментации лигноцеллюлозного сырья в качестве устойчивого и экономичного источника биотоплива и возобновляемых химикатов », — говорит Кейт.
