研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)將植物材料轉(zhuǎn)化為有價(jià)值化學(xué)品的生物工藝

伊利諾伊州香檳市——伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種使用工程酵母的生物工藝，該工藝可以完全有效地將由醋酸鹽和木糖組成的植物物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的生物產(chǎn)品。

木質(zhì)纖維素是賦予植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的木質(zhì)材料，是地球上最豐富的原材料，長期以來一直被視為可再生能源的來源。它主要包含醋酸鹽和葡萄糖和木糖，所有這些都在分解過程中釋放出來。

在 Nature Communications 上發(fā)表的一篇論文中，該團(tuán)隊(duì)描述了其工作，該工作提供了一種可行的方法來克服阻礙木質(zhì)纖維素生物燃料商業(yè)化的主要障礙之一——醋酸鹽對酵母等發(fā)酵微生物的毒性。

“這是第一個(gè)證明木糖和醋酸鹽在生物燃料生產(chǎn)中的高效和完全利用的方法，”食品科學(xué)和人類營養(yǎng)學(xué)教授金永素說。作為Carl R. Woese 基因組生物學(xué)研究所的附屬機(jī)構(gòu)，Jin 與論文的第一作者、當(dāng)時(shí)的研究生梁孫一起領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。

他們的方法充分利用了柳枝稷細(xì)胞壁中的木糖和乙酸鹽，將不需要的副產(chǎn)品中的乙酸鹽轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的底物，從而提高了酵母在水解液中轉(zhuǎn)化糖的效率。

“我們發(fā)現(xiàn)我們可以使用被認(rèn)為是有毒、無用的物質(zhì)作為木糖的補(bǔ)充碳源，以經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品”，例如三乙酸內(nèi)酯或 TAL 和維生素 A，它們來自相同的前體分子，乙酰輔酶A，金說。

Sun 目前是威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的博士后學(xué)生，他說，TAL 是一種通用平臺(tái)化學(xué)品，目前通過精煉石油獲得，用于生產(chǎn)塑料和食品成分。

在早期的工作中，合著者 Soo Rin Kim，當(dāng)時(shí)是能源生物科學(xué)研究所的研究員，設(shè)計(jì)了一種酵母釀酒酵母菌株，以快速有效地消耗木糖。Kim 目前是韓國慶北國立大學(xué)的教員。

在目前的研究中，他們使用在美國能源農(nóng)場收獲的柳枝稷來制造半纖維素水解物。工程酵母細(xì)胞用于發(fā)酵水楊酸鹽中的葡萄糖、木糖和醋酸鹽。

當(dāng)葡萄糖和醋酸鹽一起提供時(shí)，釀酒酵母迅速將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇，從而降低細(xì)胞培養(yǎng)物的 pH 值。然而，醋酸鹽的消耗受到強(qiáng)烈抑制，導(dǎo)致培養(yǎng)物在低 pH 條件下對酵母細(xì)胞產(chǎn)生毒性。

當(dāng)木糖與醋酸鹽一起提供時(shí)，“這兩種碳源形成了協(xié)同作用，促進(jìn)了兩種化合物的有效代謝，”孫說。“木糖支持細(xì)胞生長并為醋酸鹽同化提供足夠的能量。因此，酵母可以非常有效地代謝作為底物的乙酸鹽以產(chǎn)生大量的 TAL。”

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