Младший научный сотрудник Исследовательского центра биоэнергетики Великих озер (GLBRC) разработал новый штамм дрожжей, который может повысить эффективность производства топлива из целлюлозной биомассы, такой как просо просо.
И штамм дрожжей, и метод его разработки могут помочь преодолеть существенное узкое место в конвейере производства биотоплива, а именно то, что мощные растворители, столь хорошо разлагающие биомассу, также иногда препятствуют следующему важному этапу процесса, ферментации..
Ведущий автор Куинн Дикинсон, специалист по исследованиям Висконсинского энергетического института и GLBRC Университета Висконсин-Мэдисон, и старший автор Джефф Пиотровски, до недавнего времени ученый GLBRC, сосредоточили свои усилия на ионных жидкостях - растворителях, которые могут деконструировать различные виды биомассы в относительно чистые потоки растительного сахара, но которые также токсичны для микроорганизмов, которые ферментируют эти сахара в топливо.
«Ионные жидкости - особенно многообещающая технология для деконструкции биомассы, но их токсичность для ферментативных микробов представляет собой проблему», - говорит Пиотровски, ныне главный научный сотрудник Yumanity Therapeutics в Массачусетсе. «Чтобы по-настоящему использовать силу этого растворителя - и создать экономику на основе биологии - нам нужны микробы, специально приспособленные для того, чтобы выдерживать особую токсичность ионных жидкостей».
Используя метод, называемый химической геномикой, Дикинсон и Пиотровски решили разработать штамм дрожжей, который мог бы переносить ионные жидкости. Идентифицировав ряд генов в промышленно значимом штамме дрожжей, делеция которых делала дрожжи либо чувствительными к ионным жидкостям, либо резистентными к ним, они смогли понять точную природу токсичности ионных жидкостей для дрожжей.
Эта информация помогла им успешно разработать новый штамм дрожжей, который не только проявляет устойчивость к ионным жидкостям, но также улучшает преобразование сахара и производство биотоплива. Поскольку удаление остаточной ионной жидкости после деконструкции является дополнительным шагом, связанным с дополнительными расходами, новый штамм сам по себе может снизить затраты на производство биотоплива.
И все же новый штамм дрожжей - это только часть открытия. Техника, которую они использовали для достижения этой цели, биодизайн на основе химической геномики, столь же нова и богата потенциалом для будущих применений.
«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 является одним из трех научно-исследовательских центров Министерства энергетики США по биоэнергетике, созданных для революционных прорывов и создания основы для новой технологии целлюлозного биотоплива. Но Пиотровски отмечает, что метод биодизайна может быть полезен не только в области биотоплива.
«Лекарства и экологически чистые химикаты, многие из этих продуктов также производятся с использованием дрожжей и других искусственных микробов», - говорит он. «Этот подход обеспечивает парадигму инженерной устойчивости, которая также может улучшить процесс создания этих продуктов».