Стефэнопулос и его коллеги из Массачусетского технологического института и Института медико-биологических исследований выявили новый способ повысить дрожжей толерантность к этанолу, просто изменения состава среды, в которых дрожжи выращиваются. Они сообщают выводы, которые, по их мнению могут оказать существенное влияние на производство промышленной биотоплива, в сегодняшнем выпуске журнала Science . Этанол и другие спирты могут нарушить дрожжи клеточные мембраны, в конечном счете, убивает клетки. Команда MIT обнаружили, что добавление калия и гидроксид-ионы в среде, в которой дрожжи растут клетки могут помочь компенсировать этот повреждения мембраны. Проводя эти изменения, исследователи смогли увеличить производство этанола дрожжей примерно на 80 процентов. Они также показали, что этот подход работает с коммерческими штаммов дрожжей и других видов спиртов, в том числе пропанол и бутанол, которые еще более токсичен по отношению к дрожжам. "Чем больше мы понимаем о том, почему молекула является токсичным, и методы, которые сделают эти организмы более терпимы, чем больше людей будет получить идеи о том, как для атак на другие, более серьезные проблемы токсичности," говорит Стефэнопулос, один из старших авторов бумага Наука. "Эта работа прошла долгий путь, чтобы сжимая последнюю каплю этанола из сахара," добавляет Джеральд Финк, профессор Массачусетского технологического института биологии, член Уайтхеда института, и других старших автор газеты. Постдок Феликс Лам является ведущим автором с аспирантом Адель Гадери.
Исследовательская группа начали этот проект на поиск гена или группы генов, которые могут манипулировать, чтобы сделать дрожжи терпимее к этанолу, но этот подход не дает больших успехов. Тем не менее, когда исследователи начали экспериментировать с изменяя среду, в которой дрожжи расти, они обнаружили некоторые потрясающие результаты. По увеличения среду дрожжи с хлоридом калия и повышение рН с гидроксидом калия, исследователи смогли резко повысить производство этанола. Они также нашли, что эти изменения не влияют на биохимические реакции, используемый дрожжей для производства этанола: Дрожжевой продолжают производить этанол с той же скоростью на ячейку тех пор, пока они остаются жизнеспособными. Вместо этого, изменения затронули их электрохимические мембранные градиенты - различия в концентрации ионов внутри и снаружи мембраны, которые производят энергию, что клетка может обуздать, чтобы контролировать поток различных молекул в и из клетки. Этанол увеличивает пористость клеточной мембраны, что делает его очень трудным для клетки, чтобы сохранить свои электрохимические градиенты. Повышение концентрации калия и рН вне клеток помогает им укрепить градиенты и живут дольше; чем дольше они выжить, тем больше этанола они делают.
"Укрепляя эти градиенты, мы активизации дрожжей, чтобы они могли выдерживать суровые условия и продолжить производство. То, что также захватывающим для нас является то, что это может обратиться за этанола, более продвинутых биотоплива спирты, которые расстраивают клеточные мембраны таким же образом," Лам говорит. Исследователи обнаружили, что они также могут продлить жизнь, но не столько же, инженерными дрожжевых клеток, чтобы выразить больше насосов калия и протонов, которые расположены в клеточной мембране и калиевого насоса в и протоны из.
Когда дрожжи начинают свою работу по производству этанола, исходный материал, как правило, кукуруза, должен быть расщеплен до глюкозы. Существенной особенностью нового исследования MIT является то, что исследователи провели свои эксперименты при очень высоких концентрациях глюкозы. Хотя многие исследования изучали способы повысить толерантность к этанолу при низких уровнях глюкозы, команда MIT использовали концентрации около 300 граммов на литр, подобных тому, что будет найдено в промышленной ферментере биотоплива. "Если вы действительно хотите иметь отношение, вы должны пойти на эти уровни. Иначе, что вы узнаете на низких уровнях этанола вряд ли перевести на промышленном производстве," говорит Стефэнопулос. В новых экспериментах, исследователи MIT использовали этот метод поднять производительность этанола даже выше, чем сообщалось в статье Science.
|
