Vědci z University of Wisconsin-Madison a Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC) našli způsob, jak téměř zdvojnásobit účinnost, se kterou běžně používaný průmyslový kmen kvasinek přeměňuje rostlinné cukry na biopalivo. Nově vytvořené „super kvasinky“by mohly zvýšit ekonomiku výroby etanolu, speciálních biopaliv a bioproduktů.
Přestože jsou Saccharomyces cerevisiae po staletí preferovanými pekařskými a pivovarskými kvasnicemi, představují jedinečnou výzvu pro výzkumníky, kteří je používají k výrobě biopaliva z celulózové biomasy, jako jsou trávy, lesy nebo nepotravinářské části rostlin. Světově proslulý mikrob je velmi zběhlý v přeměně rostlinné glukózy na biopalivo, ale jinak je vybíravý a ignoruje rostlinnou xylózu, pětiuhlíkový cukr, který může tvořit téměř polovinu všech dostupných rostlinných cukrů.
„Aby se celulózová biopaliva stala ekonomicky proveditelná, musí být mikrobi schopni přeměnit všechny rostlinné cukry, včetně xylózy, na palivo,“říká Trey Sato, hlavní výzkumník studie GLBRC a vědecký pracovník UW-Madison..
Ve studii publikované v časopise PLOS Genetics Sato a jeho spolupracovníci GLBRC popisují izolaci specifických genetických mutací, které umožňují S. cerevisiae přeměnit xylózu na etanol, což je zjištění, které by mohlo přeměnit xylózu z odpadního produktu na zdroj paliva. Aby vědci odhalili tyto genetické mutace, museli rozmotat miliony let evoluce a zjistit, co vedlo S. cerevisiae k tomu, aby se stal tak selektivním ve svých stravovacích návycích.
Za prvé, Sato a kolegové dali droždí na výběr, jako když si k večeři dají mrkev nebo vůbec nic, obklopili S.cerevisiae s xylózou, dokud buď nepřehodnotil svou nechuť ke xylóze, nebo nezemřel. Trvalo 10 měsíců a stovky generací „řízené evoluce“, aby Sato a jeho kolegové, včetně spoluodpovídajících autorů Roberta Landicka, profesora biochemie UW-Madison, a Audrey Gasch, profesorky genetiky UW-Madison, vytvořili kmen S. cerevisiae, který by mohl fermentovat xylózu.
Jakmile vědci izolovali super kvasinku, kterou pojmenovali GLBRCY128, potřebovali také přesně pochopit, jak k evoluci došlo, aby ji mohli replikovat. Gasch porovnal genom Y128 s původním kmenem, pročesal přibližně 5 200 genů každého z nich, aby našel čtyři genové mutace zodpovědné za adaptované chování. Aby vědci ověřili své zjištění, ručně odstranili tyto mutace z rodičovského kmene, čímž se dosáhlo stejného výsledku.
Sato říká, že tato práce by mohla v budoucnu umožnit širokou škálu výzkumu biopaliv. Díky zveřejněné technice výroby Y128 si ji výzkumníci mohou sami vyrobit za účelem jejího použití v nových technologiích předúpravy biomasy nebo v různých rostlinných materiálech."Vědci nebudou muset přizpůsobovat svůj výzkum procesu, který zde děláme," říká. "Mohou prostě vzít naši technologii a vytvořit si vlastní kmen."
Budoucí výzkum se také může zaměřit na potenciálně silnou roli super kvasinek při vytváření speciálních biopaliv a bioproduktů.
„Chceme přijmout tento kmen a vytvořit molekuly vyššího řádu, které lze dále přeměnit na trysková paliva nebo něco jako isobutanol, lipidy nebo naftu,“říká Sato. "A pokud víme, jak lépe metabolizovat uhlík, včetně xylózy, každý by teoreticky měl být schopen přepojit nebo změnit metabolické cesty tak, aby produkovaly různé produkty biopaliv."
