Повышение биотоплива: Дрожжи, сделанные терпеть высокий уровень этанола, делая их более продуктивными

«Токсичность – вероятно, единственная самая важная проблема в рентабельном производстве биотоплива», говорит Грегори Стефанопулос, профессор Вилларда Генри Доу Химического машиностроения в MIT.Теперь Стефанопулос и коллеги в MIT и Институте Белых угрей Биомедицинского Исследования определили новый способ повысить терпимость дрожжей к этанолу, просто изменив состав среды, в которой дрожжи выращены. Они сообщают о результатах, которым они верят, мог оказать значительное влияние на промышленное производство биотоплива, в сегодняшнем выпуске журнала Science.

Этанол и другой alcohols могут разрушить мембраны дрожжевой клетки, в конечном счете убив клетки. Команда MIT нашла, что добавление калия и ионов гидроокиси к среде, в которых дрожжах растут, может помочь клеткам дать компенсацию за то мембранное повреждение.

Внося эти изменения, исследователи смогли повысить производство этанола дрожжей приблизительно на 80 процентов. Они также показали, что этот подход работает с коммерческими напряжениями дрожжей и другими типами alcohols, включая propanol и бутанол, которые еще более токсичны к дрожжам.«Больше мы понимаем о том, почему молекула токсична, и методы, которые сделают эти организмы более терпимыми, больше людей получит идеи о том, как приняться за решение другого, более серьезных проблем токсичности», говорят Стефанопулос, один из ведущих авторов научной работы.

«Эта работа имеет большое значение для сжатия последней капли этанола от сахара», добавляет Джеральд Финк, преподаватель MIT биологии, член Института Белых угрей, и другой ведущий автор газеты. Постдок Феликс Лам – ведущий автор газеты, и аспирант Адель Гадери также способствовал исследованию.

Укрепление обороноспособности клеткиИсследовательская группа начала этот проект, ищущий ген или группу генов, которыми можно было управлять, чтобы сделать дрожжи более терпимыми к этанолу, но этот подход не привел к большому успеху. Однако, когда исследователи начали экспериментировать с изменением среды, в которых дрожжах растут, они нашли некоторые драматические результаты.Увеличивая среду дрожжей с хлоридом калия и увеличивая pH с гидроокисью калия, исследователи смогли существенно повысить производство этанола.

Они также нашли, что эти изменения не затрагивали биохимический путь, используемый дрожжами, чтобы произвести этанол: Дрожжи продолжали производить этанол по тому же самому уровню за клетку, пока они остались жизнеспособными. Вместо этого изменения влияли на свои электрохимические мембранные градиенты – различия в концентрациях иона внутри и снаружи мембраны, которые производят энергию, которую клетка может использовать, чтобы управлять потоком различных молекул в и из клетки.Этанол увеличивает пористость клеточной мембраны, делая очень трудным для клеток поддержать их электрохимические градиенты.

Увеличение концентрации калия и pH вне клеток помогает им усилить градиенты и выжить дольше; чем дольше они выживают, тем больше этанола они делают.«Укрепляя эти градиенты, мы возбуждаем дрожжи, чтобы позволить им противостоять более резким условиям и продолжать производство. То, что является также захватывающим для нас, – то, что это могло примениться вне этанола к более продвинутому биотопливу alcohols, которые опрокидывают клеточные мембраны таким же образом», говорит Лам.

Исследователи нашли, что они могли также продлить выживание, но не так, разработкой дрожжевые клетки, чтобы выразить больше калия и протонных насосов, которые расположены в клеточной мембране и качают калий в и протоны.Промышленная уместность

Перед дрожжами начинают их этанол производства работы, стартовый материал, обычно зерно, должен быть разломан на глюкоза. Значительная особенность нового исследования MIT – то, что исследователи сделали свои эксперименты при очень высоких концентрациях глюкозы.

В то время как много исследований исследовали способы повысить терпимость этанола на низких уровнях глюкозы, команда MIT использовала концентрации приблизительно 300 граммов за литр, подобных тому, что будет найдено в промышленном бродильном аппарате биотоплива.«Если Вы действительно хотите быть релевантными, Вы должны пойти в эти уровни.

Иначе то, что Вы изучаете на низких уровнях этанола, вряд ли переведет к промышленному производству», говорит Стефанопулос.В более свежих экспериментах исследователи MIT использовали этот метод, чтобы ударить производительность этанола еще выше, чем сообщаемый в научной работе.

Они также работают над использованием этого подхода, чтобы повысить урожай этанола от различного промышленного сырья для промышленности, у которого, из-за старта комплексов, неотъемлемо токсичных к дрожжам, теперь есть низкие урожаи.


Портал хороших новостей