Genetyka grzybów, Produkcja etanolu przez rekombinantowe szczepy drożdży - omówienie

Produkcja etanolu przez rekombinantowe szczepy drożdży
Zastosowanie rekombinantowych szczepów drożdży nie ogranicza się jedynie do produkcji heterologicznych białek. Rosnące zapotrzebowanie na etanol wykorzystywany jako składnik biopaliw sprawiło, że prowadzone są intensywne badania nad konstrukcją rekombinantowych szczepów S.cerevisiae zdolnych do efektywnej produkcji etanolu ze źródeł węgla nie metabolizowanych przez dzikie szczepy (laktozy, ksylozy, innych).
Biomasa roślin - niewyczerpalnym źródłem biopaliw.
Czy etanol może być produkowany z celulozy lub ziaren?
Co jest głównym składnikiem biomasy roślin?:
Lignoceluloza (głowny składnik strukturalny biomasy roślin) zawiera cukry takie jak heksozy (np glukozę) i ksylozę bakterie, fermentacja cukrów etanol
Fermentacja glukozy i innych heksoz na ogół zachodzi sprawnie, ale problemem jest fermentacja ksylozy (bardzo kiepska fermentacja).
Obecnie celem badań jest konstrukcja szczepów, które mogłyby równie wydajnie fermentować ksylozę (i L-arabinozę).
Ksyloza - budowa:
Wydajna produkcja etanolu z hydrolizatów biomasy roślinnej wymaga od stosowanych szczepów drożdży zdolności fermentacji nie tylko heksoz, ale również pentoz, przede wszystkim ksylozy, będących głównym składnikiem frakcji hemicelulozowej drewna czy słomy.
Kierunki badań:
1) Inżynieria genetyczna tradycyjnych producentów etanolu np. S.cerevisiae, Zymomonas mobilis.
Do szczepów tych wprowadzane są geny metabolizmu ksylozy i arabinozy z innych organizmów- poprawa wydajności syntezy etanolu u tych gatunków
2) Inżynieria genetyczna drobnoustrojów, których jak dotąd nie wykorzystywano do przemysłowej produkcji alkoholu etylowego
Bakterie E.coli, Klebsiella oxytoca, drożdże Pichia stipitis, Hansenula polymorpha.
Zmiany mają na celu poprawę parametrów fermentacji heksoz i pentoz.
Do tej pory nie została opracowana opłacalna technologia otrzymywania etanolu z lignocelulozy.
Pomimo, że wydajność procesu jest większa w przypadku bakterii, drożdże wykazują szereg technologicznych zalet:
Mają większe komórki- łatwiej oddzielić je z hodowli
Nie są wrażliwe na fagolizę (mogą położyć cały proces biotechnologiczny)
Są wykorzystywane od stuleci do przemysłowej produkcji etanolu z konwencjonalnego surowca
Znane są bakterie i drożdże zdolne do fermentacji glukozy i ksylozy, ale są one jednak niedostatecznie odporne na etanol i wykazują niską wydajność fermentacji.
1. Szlak przekształcania ksylozy do metanolu (bez kresek!!)

(…)

… nie przewyższają albo mają gorsze wyniki fermentacji alkoholowej ksylozy w porównaniu do dzikiego szczepu P.stipitis.
2.2 Ad 2) Ekspresja ksyloizomerazy u S.cerevisiae
Zalety:
Ksyloizomeraza nie potrzebuje ko faktorów
Proces jednoetapowy przekształcania ksylozy w kseluloze
Ekspresja genów bakteryjnej izomerazy ksylozy- enzymu, który nie potrzebuje koenzymów synteza nieaktywnego (lub nisko aktywnego) enzymu…
… termotolerancyjnych drożdży Hansenula polymorpha:
1) H.polymorpha jest zdolna do fermentacji glukozy, ksylozy, mannozy, maltozy, celobiozy do etanolu, natomiast galaktoza i L-arabinoza prawie wcale nie podtrzymują wzrostu tego gatunku drożdży
2) Fermentacja przebiegała najbardziej aktywnie w warunkach umiarkowanego napowietrzania lub niedostatecznej ilości flawin, co prowadzi do defektów w oddychaniu komórkowym
3…
... zobacz całą notatkę