設(shè)計(jì)酵母對(duì)有希望的生物質(zhì)解構(gòu)溶劑的耐受性

為了將植物物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料和其他可持續(xù)的生物產(chǎn)品，必須首先將其分解為微生物的可消化糖。γ-戊內(nèi)酯(GVL)是用于生物質(zhì)降解的有前景的化學(xué)溶劑。然而，它對(duì)發(fā)酵微生物有毒?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)了GVL對(duì)發(fā)酵微生物毒性的機(jī)制。他們確定了對(duì)溶劑產(chǎn)生敏感性或耐受性的基因缺失。他們利用這些知識(shí)設(shè)計(jì)了一種發(fā)酵酵母菌株，該菌株具有更高的GVL耐受性和增強(qiáng)的糖轉(zhuǎn)化為生物燃料。

該團(tuán)隊(duì)使用化學(xué)基因組引導(dǎo)的工程改造了酵母。它提供了一種快速方法，可以將現(xiàn)有的酵母菌株定制為特定的化學(xué)應(yīng)激源。這項(xiàng)工作提出了一種方法來創(chuàng)建一個(gè)耐受GVL的酵母菌株，提高生物燃料效率。

使用溶劑GVL的生物質(zhì)解構(gòu)比傳統(tǒng)的解構(gòu)方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn);然而，生物轉(zhuǎn)化為生物燃料可能具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榘l(fā)酵微生物對(duì)任何殘留的GVL都很敏感。大湖生物能源研究中心的研究人員試圖利用化學(xué)基因組學(xué)來確定GVL毒性的機(jī)制，化學(xué)基因組學(xué)通過刪除非必需基因來測(cè)量小分子對(duì)微生物的影響。GVL的化學(xué)基因組學(xué)分析預(yù)測(cè)該化學(xué)物質(zhì)影響發(fā)酵酵母菌株釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的膜和膜結(jié)合過程。

他們的研究表明，GVL對(duì)釀酒酵母細(xì)胞膜完整性具有毒性作用，其在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乙醇被放大。他們的分析還揭示了在工程化的發(fā)酵酵母菌株中酶Pad1p和Fcc1p的缺失介導(dǎo)了對(duì)GVL的毒性。此外，相對(duì)于非工程菌株，在發(fā)酵酵母菌株中缺失PAD1和FDC1導(dǎo)致含有合成水解產(chǎn)物的GVL中的生長，糖利用和乙醇生產(chǎn)得到改善。工程菌株的化學(xué)蛋白質(zhì)分析顯示，在GVL存在下參與細(xì)胞膜生物合成的酶更豐富，并且與非工程菌株相比，該甾醇的細(xì)胞水平升高。

這些結(jié)果表明，酵母中GVL耐受的一種途徑是通過改變膜流動(dòng)性。未來的研究需要解決PAD1和FDC1在細(xì)胞膜生物合成中的作用。該研究還說明了化學(xué)基因組學(xué)方法在快速鑒定小分子細(xì)胞靶標(biāo)方面的應(yīng)用，以及設(shè)計(jì)微生物菌株以改善生物燃料和生物產(chǎn)品生產(chǎn)的策略。

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