研究为使用特殊改性酵母菌株更有效地生产2G乙醇铺平了道路

巴西的一项研究为提高第二代(2G)乙醇生产效率铺平了道路，该研究基于在更强大的工业酵母菌株中发现代谢工程的新靶点。关于这项研究的文章发表在《科学报告》杂志上。

作者编制的数据库由坎皮纳斯州立大学(UNICAMP)存储库中的科学界使用，该大学是国际合作倡议Dataverse项目的成员。

第一代(1G)乙醇由富含碳水化合物(如蔗糖)的来源生产，尤其是巴西的甘蔗。甘蔗加工会产生大量的纤维残留物，如甘蔗渣，可用于发电厂生产蒸汽和电力。这些残留物富含纤维素和半纤维素(保持植物干细胞壁机械强度的聚合碳水化合物)，可用于通过转化为较小的分子来生产2G乙醇，以供酵母和其他微生物发酵。

2G乙醇生产的主要挑战是转换效率，因为纤维素和半纤维素很难水解。第一步必须是去除坚韧的木质素，它基本上是纤维，使位于纤维素和半纤维素中的单糖可用于酵母。这是昂贵的，消耗大量的能量，并释放出可以抑制发酵过程的物质。

“2G乙醇生产仍然需要优化以提高效率。所需的方法之一是鉴定酵母菌株，这些菌株可以通过处理这些残留物产生的抑制分子来抵抗腐败，“该文章的最后一作者，UNICAMP分子生物学和基因工程中心(CBMEG)的研究员Marcelo Mendes Brandão说。“已知一些工业酵母菌株对这些化合物具有更高的耐受性。一个有据可查的例子是酿酒酵母SA-1，这是一种巴西燃料乙醇工业菌株，对纤维素复合物预处理产生的抑制剂显示出高抗性。这种菌株是我们研究的重点。

方法

这些实验由第一和第二作者Felipe Eduardo Ciamponi和Dielle Pierotti Procópio进行，他们当时都是博士候选人，由圣保罗大学工程学院(POLI-USP)化学工程系研究员Thiago Olitta Basso领导的实验室和Brandão在CBMEG-UNICAMP的实验室合作。

“为了将这项研究放在2G乙醇研究的背景下，我们知道某些酿酒酵母菌株对这些抑制剂具有抗性，但它们用于实现这种抗性的分子机制很复杂，涉及多个过程和调节途径，”Basso说。该研究的重点是对香豆酸(pCA)，这是甘蔗渣加工后存在的主要抑制剂之一。“文献中可用的数据显示，pCA抑制生物质产量并降低该酵母菌株在2G乙醇生产中的性能。

为了了解酵母对培养基的反应，研究人员决定使用基于多组学的方法与生物信息学相结合，将转录组(生物体表达的全系列信使RNA(mRNA)分子)的分析与定量生理数据相结合。他们的目的是得出酵母对这种关键抑制剂的反应的分子和生理特征。

Procópio和Ciamponi在POLI-USP的生物工艺实验室(BELA)进行了生物学实验，使用化学恒温器连续培养，化学恒温器是一种严格控制生理和化学条件的生物反应器，使他们能够分离响应pCA的存在而产生的转录组改变，而不受受环境条件影响的其他变量的干扰。

收集在有和没有pCA的厌氧恒化器中培养的稳态酿酒酵母SA-1样品以确定生理参数。部分材料被送往进行RNA测序。在CBMEG-UNICAMP的综合系统生物学实验室分析的结果显示，酵母菌株在这种抑制剂的影响下生存的生物学机制比以前认为的更加复杂。

定量生理数据表明，当在厌氧条件下(与工业过程相关)暴露于pCA胁迫时，酵母倾向于增加糖和乙醇产量。

巴西在研究如何利用其出色的生物多样性来优化生物制品制造中的生物质产量方面取得了进展，生物制品是通过转化生物体的一部分(如植物组织和纤维)或通过捕获其代谢物来制造、组装或生产的消费品。“一个例子是燃料乙醇的生产，这是一种对巴西经济有重大影响的商品，”布兰当说。