Zymomonas mobilis - Zymomonas mobilis

Zymomonas mobilis
Научная классификация
Домен:
Бактерии
Тип:
Протеобактерии
Учебный класс:
Alphaproteobacteria
Заказ:
Sphingomonadales
Семья:
Sphingomonadaceae
Род:
Zymomonas
Разновидность:
Z. mobilis
Биномиальное имя
Zymomonas mobilis
(Линднер 1928) Де Лей и качели 1976
подвид[1]
  • З. м. subsp. francensis Котон и другие. 2006
  • З. м. subsp. мобилис (Линднер 1928) Де Лей и качели 1976
  • З. м. subsp. pomaceae (Миллис 1956) Де Лей и качели 1976
Синонимы[1]
  • Achromobacter anaerobium [sic] Шимвелл 1937
  • Pseudomonas lindneri Клюйвер и Хоппенбрауэрс 1931 г.
  • Saccharomonas lindneri (Клюйвер и Хоппенбрауэрс, 1931 г.) Шимвелл, 1950 г.
  • Thermobacterium mobile Линднер 1928
  • Zymomonas анаэробия (Шимвелл 1937) Клюйвер 1957
  • Zymomonas mobile [sic] (Линднер 1928) Клюйвер и ван Ниль 1936

Zymomonas mobilis это Грамотрицательный, факультативный анаэробный, неспорообразующие, полярно-жгутиковые, палочковидные бактерии. Это единственный вид, встречающийся в роду Zymomonas.[1] Имеет заметный биоэтанол -производственные возможности, превосходящие дрожжи в некоторых аспектах. Первоначально он был изолирован от алкогольных напитков, таких как африканское пальмовое вино, мексиканское пульке, а также в качестве загрязнителя сидра и пива (болезнь сидра и порча пива) в европейских странах.

Порча пива

Zymomonas это нежелательные водные бактерии в пиво, создавая эфирно-серный привкус за счет производства ацетальдегид и сероводород. Это можно сравнить с запахом тухлого яблока или фруктовым запахом. Zymomonas не сообщалось о пивоварнях лагерных пивоварен из-за низких температур (8–12 ° C) и строгих требований к углеводам (способны только сбраживать сахароза, глюкоза, и фруктоза ). Он обычно встречается в элях, выдержанных в бочках, где для карбонизации пива используется сахар-прайм. Оптимальная температура роста - от 25 до 30 градусов по Цельсию.

Производство этанола

Zymomonas mobilis разлагает сахар до пируват с использованием Путь Энтнера-Дудорова. Тогда пируват ферментированный производить этиловый спирт и углекислый газ как единственные продукты (аналог дрожжей).

Преимущества Z. mobilis над С. cerevisiae в отношении производства биоэтанол:

  • 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 целлюлозный этанол производство. Основным препятствием является то, что диапазон субстратов ограничен глюкоза, фруктоза и сахароза. Дикого типа Z. mobilis не может сбраживать сахара C5, такие как ксилоза и арабиноза, которые являются важными компонентами лигноцеллюлозных гидролизатов. В отличие от Кишечная палочка и дрожжи, Z. mobilis не переносят 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 сделано несколько попыток спроектировать Z. mobilis 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] Устойчивые к уксусной кислоте штаммы Z. mobilis были разработаны рациональными усилиями метаболической инженерии, методами мутагенеза [7] или адаптивная мутация.[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 в Z. mobilis.[8] Путем адаптации штамма к высокой концентрации ксилозы произошли значительные изменения метаболизма. Одним из заметных изменений было снижение уровня ксилита, побочного продукта ферментации ксилозы, который может ингибировать метаболизм ксилозы штамма. Одной из причин более низкой продукции ксилита была мутация предполагаемого гена, кодирующего альдокеторедуктазу, которая катализирует восстановление ксилозы до ксилита.[10],[11]

Интересная характеристика Z. mobilis это его плазматическая мембрана содержит гопаноиды, пентациклические соединения, похожие на эукариотические стеролы. Это позволяет ему иметь исключительную устойчивость к этанолу в окружающей среде, около 13%.

Zymomonas mobilis традиционно используется для приготовления текила.

Геном

Геном Z. mobilis штамм 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 Энтнера-Дудорова и не может использовать Дорога Эмбден-Мейерхоф-Парнас.

Рекомендации

  1. ^ а б c Запись LPSN для Zymomonas
  2. ^ 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.
  3. ^ Качели, Дж; Де Лей, Дж (март 1977 г.). «Биология Zymomonas». Бактериологические обзоры. 41 (1): 1–46. Дои:10.1128 / MMBR.41.1.1-46.1977. ЧВК  413995. PMID  16585.
  4. ^ Доран-Петерсон, Джой; Повар, Дана М .; Брэндон, Сара К. (2008). «Микробное преобразование сахаров из растительной биомассы в молочную кислоту или этанол». Журнал растений. 54 (4): 582–592. Дои:10.1111 / j.1365-313X.2008.03480.x. PMID  18476865.
  5. ^ 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:1995Научный ... 267..240Z. Дои:10.1126 / science.267.5195.240. PMID  17791346.
  6. ^ Деанда, К; Чжан, М; Эдди, C; Пикатаджо, S (1996). «Разработка штамма Zymomonas mobilis, ферментирующего арабинозу, с помощью инженерии метаболических путей». Прикладная и экологическая микробиология. 62 (12): 4465–70. Дои:10.1128 / AEM.62.12.4465-4470.1996. ЧВК  168273. PMID  8953718.
  7. ^ Joachimsthal, E L; 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. Дои:10.1385 / abab: 84-86: 1-9: 343. PMID  10849801.
  8. ^ а б Агравал, Манодж; Мао, Z; Чен, Р.Р. (2011). «Адаптация дает высокоэффективный ферментирующий ксилозу штамм Zymomonas mobilis». Биотехнологии и биоинженерия. 108 (4): 777–85. Дои:10.1002 / бит. 23021. PMID  21404252.
  9. ^ Чен, Рэйчел; Ван, Юнь; Шин, Хён-дон; Агравал, Манодж; Мао, Цзычао (2009). «Штаммы Zymomonas mobilis для ферментации биомассы». Заявка на патент США № 20090269797..
  10. ^ Агравал, Манодж; Чен, Рэйчел Руижен (2011). «Открытие и характеристика ксилозоредуктазы из Zymomonas mobilis ZM4». Письма о биотехнологии. 33 (11): 2127–2133. Дои:10.1007 / s10529-011-0677-6. PMID  21720846.
  11. ^ Чен, Рэйчел; Агравал М (2012). "Промышленное применение новой альдо / кеторедуктазы Zymomonas Mobilis". Заявка на патент США 20120196342.
  12. ^ 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 этанологенной бактерии Zymomonas mobilis ZM4». Nat. Биотехнология. 23 (1): 63–8. Дои:10.1038 / nbt1045. ЧВК  6870993. PMID  15592456.

внешняя ссылка