Új diéta élesztő számára a bioüzemanyagok termelésének javítása érdekében

Kommentár

  • Teljes cikk
  • Ábrák és adatok
  • Hivatkozások
  • Idézetek
  • Metrikák
  • Engedélyezés
  • Újranyomtatások és engedélyek
  • PDF

Absztrakt

2010-ben csoportunk bejelentette, hogy két cellulodextrin transzporter családot fedeztek fel a cellulolitikus gombából, Neurospora crassa. Ezenkívül bemutattuk e transzporterek hasznosságát a lignocellulózos bioüzemanyagok előállításában. Ezt a felfedezést az tette lehetővé, hogy szisztematikusan tanulmányozták a sejtfal degradációját N. crassa. Az azonosított szállítási útvonal újfajta gondolkodásmódot nyitott meg a hexózok, valamint a növényi sejtfalakból származó pentózisok mikrobiális fermentációjáról. Ennek az útnak az integrálása az endogén anyagcserével és a jelátviteli hálózatokkal S. cerevisiae most csoportunk egyik fő célja.

teljes

2010-ben kimutattuk, hogy két transzporter, a CDT-1 és a CDT-2 valóban közvetíti a cellodextrinek felvételét N. crassa, és hogy a felvételt követően a cellodextrineket β-glükozidáz intracellulárisan glükózzá hidrolizálja. 13 Számos transzkripptikus vizsgálat kimutatta, hogy ezeknek a transzportereknek az ortológiái transzkripciósan felülszabályozódnak a növényi sejtfal anyagára vagy a különféle gombák cellobiózisára reagálva, ami azt sugallja, hogy alapvetőek a gombák által a növényekkel való interakció során alkalmazott stratégiák szempontjából. Ezen gének azonosítása megerősítette a cellodextrin-permeazok 17 és az intracelluláris β-glükozidázok 18 jelentését T. reesei.

Két fő különbség van a transzport által közvetített cellodextrin fermentáció és az extracelluláris glükózzá történő hidrolízis által: (1) a cellodextrin transzporterek viszonylag nagy affinitással rendelkeznek a cellodextrinek iránt; (2) a cellodextrineket intracellulárisan hidrolizálják. Mindkettő fontos lehet a növényi sejtfalból származó cukrok erjedése során. A CDT-1 és CDT-2 sejtekxtrinek iránti nagy affinitása különösen fontos lehet a növényi sejtfalak üzemanyaghoz történő egyidejű cukrozása és fermentálása (SSF) során. Az SSF, amelyben a fermentáló mikrobák részt vesznek a depolimerizációs reakcióban, növeli a konverzió hatékonyságát azáltal, hogy enyhíti a termék cellulázokon történő gátlását. 37 A-val KM cell5 µM-nél a cellodextrin transzporterek képesek lehetnek csökkenteni a cukor koncentrációját az extracelluláris β-glükozidázok beépítésével elérhető szintek alatt, amelyek általában KM 100-1000 µM. Ezt az elképzelést nem tesztelték szigorúan, és további vizsgálatokra van szükség az SSF modelljeinek alkalmazásához és validálásához cellodextrin-transzport törzsek alkalmazásával. 39, 40

A cellodextrinek hidrolízisének kívülről történő áthelyezése a sejt belsejébe triviális változásnak tűnhet, de ennek mély előnye van. Pontosabban, a cellodextrinek transzportja, majd az intracelluláris hidrolízis glükózzá elősegíti a cellulózból származó glükóz és a hemicellulóz származékú xilóz ko-fermentációját. 41, 42 A képtelenség S. cerevisiae a glükóz és a xilóz akadályozza a hatékony lignocellulózos bioüzemanyag-termelést. A glükóz és a xilóz egyaránt belép S. cerevisiae az endogén keresztül S. cerevisiae hexóz transzporterek, de a glükóz rendkívül előnyös a xilóz helyett. 43, 44 Tehát a xilóz nem kerül felszívódásra, amíg az összes glükóz el nem fogy. A glükóz és a xilóz ezen egymást követő fermentációja alacsonyabb etanolhozamot és termelékenységet eredményez. 45 A cellodextrin transzport alternatív utat jelent a glükóz élesztőbe jutásához, így az endogén hexóz transzporterek szabadok maradnak és képesek xilóz szállítására. A cellodextrin transzport útvonalat tartalmazó törzsek N. crassa és hatékony xilóz fermentációs útvonalon ko-fermentáljuk a cellobiózt és a xilózt nagy sebességgel és magas hozamokkal. 41, 42

Egy cellodextrin transzport útvonal azonosítása N. crassa betekintést engedett a fonalas gombák által a növényi sejtfalak lebontására alkalmazott stratégiákba, és ennek az útnak a sikeres S. cerevisiae új utakat biztosított a lignocellulózos üzemanyagok mikrobiális szintéziséhez. Sok kérdésre kell választ adni, mielőtt ez az út teljes mértékben integrálódna a S. cerevisiae, és további fejlesztésre lesz szükség az ipari folyamatokban hasznos törzs előállításához.