Исследователи из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук разработали микробную систему, которая оптимизирует производство ценных химических веществ из лигноцеллюлозной биомассы за счет усиления совместной ферментации сахара. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Лигноцеллюлозная биомасса является возобновляемым сырьем для нового поколения биопроизводства, ориентированного на высокопроизводительные и при этом более экологичные решения. В частности, эффективная совместная ферментация смеси глюкозы и ксилозы в лигноцеллюлозных гидролизатах является ключевым вопросом снижения себестоимости продукции.
Однако в существующих подходах к биопроизводству совместное использование ксилозы и глюкозы микробами затруднено из-за ограниченной ассимиляции ксилозы и эффекта репрессии глюкозы. Но недавно исследовательская группа в КНР под руководством профессора Юнджин Чжоу из DICP предложила инновационную микробную платформу для биопереработки лигноцеллюлозы, которая решает данную проблему.
Китайские исследователи успешно добились одновременной утилизации глюкозы и ксилозы. Они сделали это путем введения мутанта переносчика гексозы и ксилозоизомеразы и сверхэкспрессии нативной ксилулокиназы для усиления катаболизма и импорта ксилозы.
За счет перестройки клеточного метаболизма Ogataea (Hansenula) polymorpha – метилотрофной дрожжевой культуры, богатой белком, – исследователи создали штамм, способный эффективно синтезировать производные ацетил-КоА (ацетил-коэнзим А, важное соединение для обмена веществ, используемое во многих биохимических реакциях), такие как свободные жирные кислоты (СЖК) и 3-гидроксипропионовую кислоту (3-HP), благодаря усиленному поступлению предшественника ацетил-КоА и кофермента НАДФН (никотинамидаденин-динуклеотидфосфат – широко распространенное в природе соединение, участвующее в катализе окислительно-восстановительных реакций в живых клетках).
Сконструированный штамм продуцировал 7,0 г/л СЖК из реальных лигноцеллюлозных гидролизатов во встряхиваемых колбах и 38,2 г/л СЖК из имитированной лигноцеллюлозы в биореакторе.
Кроме того, эта превосходная клеточная фабрика была расширена для производства другого ценного продукта – 3-HP – с помощью управляемо измененной стратегии метаболической трансформации. В результате из искусственной лигноцеллюлозы был получен самый высокий уровень производства 3-HP – 79,6 г/л.
«Наша разработка позволила реализовать совместное использование ксилозы и глюкозы без ущерба для естественного метаболизма глюкозы и продемонстрировала потенциал O.polymorpha как клеточной фабрики по производству универсальных химических веществ с добавленной стоимостью из лигноцеллюлозы», – отметил профессор Чжоу.