研究團隊開發(fā)將植物材料轉化為有價值化學品的生物工藝

伊利諾伊州香檳市——伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的一個科學家團隊開發(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轉化為高價值的生物產品。

木質纖維素是賦予植物細胞結構的木質材料，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，該團隊描述了其工作，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。

“這是第一個證明木糖和醋酸鹽在生物燃料生產中的高效和完全利用的方法，”食品科學和人類營養(yǎng)學教授金永素說。作為Carl R. Woese 基因組生物學研究所的附屬機構，Jin 與論文的第一作者、當時的研究生梁孫一起領導了這項研究。

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

“我們發(fā)現(xiàn)我們可以使用被認為是有毒、無用的物質作為木糖的補充碳源，以經濟地生產精細化學品”，例如三乙酸內酯或 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麥迪遜分校的博士后學生，他說，TAL 是一種通用平臺化學品，目前通過精煉石油獲得，用于生產塑料和食品成分。

在早期的工作中，合著者 Soo Rin Kim，當時是能源生物科學研究所的研究員，設計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的教員。

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

當葡萄糖和醋酸鹽一起提供時，釀酒酵母迅速將葡萄糖轉化為乙醇，從而降低細胞培養(yǎng)物的 pH 值。然而，醋酸鹽的消耗受到強烈抑制，導致培養(yǎng)物在低 pH 條件下對酵母細胞產生毒性。

當木糖與醋酸鹽一起提供時，“這兩種碳源形成了協(xié)同作用，促進了兩種化合物的有效代謝，”孫說。“木糖支持細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生大量的 TAL。”

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