| Zymomonas mobilis | |
|---|---|
| Научная классификация | |
| Домен: | |
| Тип: | |
| Класс: | |
| Заказ: | |
| Семья: | |
| Род: | Zymomonas |
| Разновидность: | Z. mobilis |
| Биномиальное имя | |
| Zymomonas mobilis (Линднер 1928) Де Лей и качели 1976 | |
| подвид [1] | |
| |
| Синонимы [1] | |
| |
Zymomonas mobilis - это грамотрицательная , факультативно анаэробная , неспорообразующая, полярно-жгутиковая палочковидная бактерия. Это единственный вид, встречающийся в роду Zymomonas . [1] Он обладает заметнымиспособностями к производству биоэтанола , которыепо некоторым параметрампревосходят дрожжи . Первоначально он был изолирован от алкогольных напитков, таких как африканское пальмовое вино, мексиканский пульке , а также как загрязнитель сидра и пива (болезнь сидра и порча пива) в европейских странах.
Порча пива [ править ]
Zymomonas - это нежелательные водные бактерии в пиве , которые создают эфирно-серный привкус из-за образования ацетальдегида и сероводорода . Это можно сравнить с запахом тухлого яблока или фруктовым запахом. О Zymomonas не сообщалось в пивоварнях, производящих лагерные сорта, из-за низких температур (8–12 ° C) и строгих требований к углеводам (способные сбраживать только сахарозу , глюкозу и фруктозу ). Его обычно можно найти в элях, выдержанных в бочках, где для карбонизации пива используется сахар-прайм. Оптимальная температура роста - от 25 до 30 градусов по Цельсию.
Производство этанола [ править ]
Zymomonas mobilis разлагает сахара до пирувата, используя путь Энтнера-Дудорова . Затем пируват ферментируется с получением этанола и диоксида углерода в качестве единственных продуктов (аналог дрожжей).
Преимущества Z. mobilis перед S. cerevisiae в отношении производства биоэтанола :
- более высокое потребление сахара и выход этанола (до 2,5 раз выше), [2]
- снижение производства биомассы,
- более высокая толерантность к этанолу до 16% (об. / об.), [3]
- не требует контролируемого добавления кислорода во время ферментации,
Однако, несмотря на эти привлекательные преимущества, несколько факторов препятствуют коммерческому использованию Z. mobilis в производстве целлюлозного этанола . Главное препятствие заключается в том, что диапазон его субстратов ограничен глюкозой , фруктозой и сахарозой . Z. mobilis дикого типа не может сбраживать сахара C5, такие как ксилоза и арабиноза, которые являются важными компонентами лигноцеллюлозных гидролизатов. В отличие от E. coli и дрожжей, Z. mobilis не переносит токсичных ингибиторов, присутствующих в лигноцеллюлозных гидролизатах, таких как уксусная кислота и различные фенольные соединения. [4]Концентрация уксусной кислоты в лигноцеллюлозных гидролизатах может достигать 1,5% (мас. / Об.), Что значительно превышает порог толерантности Z. mobilis .
Было предпринято несколько попыток разработать Z. mobilis, чтобы преодолеть присущие ему недостатки. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) США внесла значительный вклад в расширение ассортимента субстратов, включив в него сахара C5, такие как ксилоза и арабиноза. [5] , [6] Штаммы Z. mobilis , устойчивые к уксусной кислоте , были разработаны с помощью рациональных методов метаболической инженерии, методов мутагенеза [7] или адаптивных мутаций. [8] , [9] Однако, когда эти сконструированные штаммы метаболизируют смешанные сахара в присутствии ингибиторов, выход и продуктивность намного ниже, что препятствует их промышленному применению.
Для улучшения ферментации ксилозы у Z. mobilis был использован обширный процесс адаптации . [8] За счет адаптации штамма к высокой концентрации ксилозы произошли значительные изменения метаболизма. Одним из заметных изменений стало снижение уровня ксилита, побочного продукта ферментации ксилозы, который может ингибировать метаболизм ксилозы штамма. Одной из причин снижения продукции ксилита была мутация предполагаемого гена, кодирующего альдокеторедуктазу, который катализирует восстановление ксилозы до ксилита. [10] , [11]
Интересной характеристикой Z. mobilis является то, что его плазматическая мембрана содержит гопаноиды , пентациклические соединения, подобные эукариотическим стеринам . Это позволяет ему иметь необычайную толерантность к этанолу в окружающей среде, около 13%.
Zymomonas mobilis традиционно используется для приготовления текилы .
Геном [ править ]
Геном штамма Z. mobilis ZM4 был секвенирован и содержит 2 056 416 п.н., кодирующих 1998 гены, кодирующие белок. [12] Это показало, что Z. mobilis может метаболизировать глюкозу только через путь Entner-Doudoroff и не способен использовать путь Embden-Meyerhof-Parnas .
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Запись LPSN для Zymomonas
- ^ Роджерс П; Лук-порей; Скотницкий М; Племя D (1982). Микробные реакции: Производство этанола Zymomonas mobilis . Нью-Йорк: Springer-Verlag. С. 37–84. ISBN 978-3-540-11698-1.
- ^ Качели, Дж; Де Лей, Дж (март 1977 г.). «Биология Zymomonas» . Бактериологические обзоры . 41 (1): 1–46. DOI : 10.1128 / MMBR.41.1.1-46.1977 . PMC 413995 . PMID 16585 .
- ^ Доран-Петерсон, Джой; Повар, Дана М .; Брэндон, Сара К. (2008). «Микробное преобразование сахаров из растительной биомассы в молочную кислоту или этанол» . Заводской журнал . 54 (4): 582–592. DOI : 10.1111 / j.1365-313X.2008.03480.x . PMID 18476865 .
- ^ Чжан, М; Эдди, C; Деанда, К; Финкельштейн, М; Picataggio, S (13 января 1995 г.). "Метаболическая инженерия пути пентозного метаболизма у Ethanologenic Zymomonas mobilis". Наука . 267 (5195): 240–3. Bibcode : 1995Sci ... 267..240Z . DOI : 10.1126 / science.267.5195.240 . PMID 17791346 .
- ^ Деанда, K; Чжан, М; Эдди, C; Пикатаджо, S (1996). «Разработка штамма Zymomonas mobilis, ферментирующего арабинозу, путем инженерии метаболических путей» . Прикладная и экологическая микробиология . 62 (12): 4465–70. DOI : 10,1128 / AEM.62.12.4465-4470.1996 . PMC 168273 . PMID 8953718 .
- ^ Joachimsthal, EL; Роджерс, PL (2000). «Характеристика высокопродуктивного рекомбинантного штамма Zymomonas mobilis для производства этанола из смесей глюкозы / ксилозы». Прикладная биохимия и биотехнология . 84–86 (1–9): 343–56. DOI : 10.1385 / abab: 84-86: 1-9: 343 . PMID 10849801 .
- ^ а б Агравал, Манодж; Мао, Z; Чен, Р.Р. (2011). «Адаптация дает высокоэффективный ферментирующий ксилозу штамм Zymomonas mobilis». Биотехнология и биоинженерия . 108 (4): 777–85. DOI : 10.1002 / bit.23021 . PMID 21404252 .
- ^ Чен, Рэйчел; Ван, Юнь; Шин, Хён-дон; Агравал, Манодж; Мао, Цзычао (2009). «Штаммы Zymomonas mobilis для ферментации биомассы» . Заявка на патент США № 20090269797 .
- ^ Агравал, Манодж; Чен, Рэйчел Руижен (2011). «Открытие и характеристика ксилозоредуктазы из Zymomonas mobilis ZM4». Письма о биотехнологии . 33 (11): 2127–2133. DOI : 10.1007 / s10529-011-0677-6 . PMID 21720846 .
- ^ Чен, Рэйчел; Агравал М (2012). «Промышленное применение нового альдо / кеторедуктазы Zymomonas Mobilis » . Заявка на патент США 20120196342 .
- ↑ Со, Чон Сон; Чонг, Хёнён; Пак, Хён Сок; Юн, Кён-О; Юнг, Чолхи; Ким, Джэ Джун; Хун, Джин Хан; Ким, Хёнтэ; Ким, Чон-Хен; Киль, Джун-Иль; Пак, Чеол Джу; О, Хён-Мён; Ли, Чон-Сун; Джин, Су-Чжун; Эм, Хе-Вон; Ли, Хи-Чжон; О, Су-Джин; Ким, Джэ Ён; Кан, Хён Люн; Ли, Се Ён; Ли, Ки Джун; Канг, Хиен Сэм (январь 2005 г.). «Последовательность генома этанологической бактерии Zymomonas mobilis ZM4» . Nat. Biotechnol . 23 (1): 63–8. DOI : 10.1038 / nbt1045 . PMC 6870993 . PMID 15592456 .
Внешние ссылки [ править ]
- Технология ферментации этанола - Zymomonas mobilis
- Страница генома Zymomonas mobilis ZM4
- Типовой штамм Zymomonas mobilis в Bac Dive - база метаданных по бактериальному разнообразию
