Новый штамм дрожжей для эффективного производства биоэтанола

Источник: sciencedaily.com

Когда из кукурузного початка удалено все зерно, от него все еще можно получать пользу. Часто фермеры вывозят початки на поля, чтобы повысить качество почвы. В Китае из початков извлекают сахар ксилозу — для промышленного использования. Теперь ученые Службы сельскохозяйственных исследований США выделили штамм дрожжей для производства этанола, который способен извлекать и ферментировать сахара из початков кукурузы уже после получения ксилозы. Что особенно важно, процесс происходит без добавления дорогостоящего фермента. Это прорыв, который может сделать производство целлюлозного этанола экономически эффективным. Кроме того, штамм Clavispora NRRL Y-50464 (Y-50464) может переносить находящиеся в початках соединения, которые препятствуют росту дрожжей и брожению. Наконец, штамм способен быстро расти при относительно высокой температуре — до 37°C, в отличие от родительского штамма, который лучше всего растет при температуре до 30°C. Это означает, что дрожжи могут процветать при температурах, необходимых для процесса SSF (simultaneous saccharification and fermentation, одновременное осахаривание и ферментация).

Молекулярный биолог Зонглин Льюис Лю, микробиолог Майкл Котта и техник Скотт Вебер изучали штаммы дрожжей, определенные в ходе предыдущих исследований по вопросам использования сахарного сорго в качестве сырья для получения биоэтанола. Ученые поместили штаммы в средах, способствующих выражению генетических признаков, стимулирующих процесс SSF (включая адаптацию к высоким температурам и соединениям, мешающим производству этанола). После ряда экспериментов ученые остановили свой выбор на штамме Y-50464. Затем команда выяснила, как быстро штамм Y-50464 может выпустить и ферментировать сахара в остатках кукурузных початков после извлечения ксилозы. Для сравнения был взят еще один штамм — Y-12632.

Дрожжи штамма Y-50464 выросли до максимальной плотности клеток менее чем за 24 часа после начала испытания. Дрожжи из контрольного штамма не росли вообще. В последующих тестах ученые добавили ферменты целлюлазу и бета-глюкозидазу, которые часто используются для деградации и извлечения остатков сахара. Y-50464 достигла пика скорости производства этанола на (25,7 грамма на литр) через 5 дней после начала эксперимента. Но дрожжи производили больше этанола — 26,6 г на литр — в течение 5 дней, без добавления бета-глюкозидазы. В противоположность этому, Y-12632 показали максимальное производство этанола (22,9 г на литр) через 6 дней, с помощью фермента. А без фермента производство этанола снизилось до 11,9 грамма на литр.

Г-н Лю и его коллеги провели пробы белковых экстрактов из обоих штаммов дрожжей с целью выявления признаков активности дрожжевых ферментов. Они наблюдали значительную активность фермента в экстракте Y-50464, но не увидели никаких признаков активности фермента в Y-12632 экстрактов. После проведения дополнительных испытаний, группа подтвердила, что Y-50464 содержит новую форму бета-глюкозидазы. Как отмечает г-н Лю, новый штамм дрожжей является уникальным, так как производит собственную бета-глюкозидазу, один из двух ферментов, необходимых для производства этанола из целлюлозы. Y-50464 можно использовать для получения следующего поколения биокатализаторов. В будущем ученые планируют дополнить характеристики этого штамма производством других полезных ферментов, необходимых для получения биоэтанола.