_ Diviziunea microbiană a muncii produce randamentele biocombustibililor

Oamenii de știință au găsit o modalitate de a crește producția de etanol prin fermentarea drojdiei, o metodă standard pentru transformarea zaharurilor din plante în biocombustibili. Abordarea lor, detaliată în revista Nature Communications, se bazează pe o sincronizare atentă și o diviziune strânsă a muncii între tulpinile de drojdie sintetică pentru a produce mai mult etanol per unitate de zaharuri din plante decât au obținut abordările anterioare.

„Am construit un Comunitate microbiană artificială constând din două tulpini de drojdie: un specialist în glucoză și un specialist în xiloză”, a declarat Yong-Su Jin, profesor de științe alimentare și nutriție umană la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign, care a condus noua cercetare cu U. of I. profesor de bioinginerie Ting Lu. „Am investigat modul în care momentul amestecării celor două populații de drojdie și rapoartele în care cele două populații au fost amestecate au afectat producția de etanol celulozic.”

Cercetatorul postdoctoral Jonghyeok Shin și Siqi Lao, Ph.D. student la Centrul de Biofizică și Biologie Cantitativă de la U. of I., a efectuat lucrarea.

Glucoza și xiloza sunt cele mai abundente două zaharuri obținute din descompunerea biomasei vegetale precum deșeurile agricole. Echipa a încercat să depășească o problemă comună care apare atunci când se folosește drojdie pentru a transforma aceste zaharuri din plante în etanol. În sălbăticie, tulpina de drojdie de interes, Saccharomyces cerevisiae, preferă glucoza și nu are capacitatea de a metaboliza xiloza. Alți oameni de știință au folosit inginerie genetică pentru a modifica drojdia, astfel încât să consume și xiloză, dar aceste tulpini modificate încă preferă glucoza, reducând eficiența lor generală în producția de etanol.

Unii oameni de știință au urmărit ideea că comunitățile de microbi , fiecare cu propria sa funcție specială, poate funcționa mai eficient decât o singură tulpină, foarte proiectată.

„Grupul meu este dedicat proiectării, analizei și ingineriei comunităților microbiene sintetice. Laboratorul lui Jin este specializat în metabolizarea drojdiei. inginerie și producția de biocombustibili”, a spus Lu.

„Experiența noastră complementară ne-a permis să testăm dacă o abordare a diviziunii muncii între drojdii ar putea funcționa bine în producția de biocombustibili.”

The cercetătorii au efectuat o serie de experimente testând utilizarea celor două tulpini de drojdie specializate. Ei au modificat ordinea în care diferitele tulpini au fost adăugate la amestecul de zahăr și momentul fiecărei adăugări.

„Am investigat, de asemenea, raporturile la care cele două populații au fost amestecate pentru a determina efectele lor asupra rapidă și producția eficientă de etanol celulozic”, a spus Jin.

Echipa a dezvoltat, de asemenea, un model matematic care prezice cu exactitate performanța drojdiilor lor și randamentele de etanol.

„Am folosit datele din experimente. să ne antrenăm modelul matematic astfel încât să surprindă comportamentele caracteristice ale ecosistemului”, a spus Lu. „Modelul a fost apoi folosit pentru a prezice condiții optime de fermentație, care au fost ulterior validate prin experimente corespunzătoare.”

Cercetătorii au descoperit că adăugarea la amestec a specialistului în drojdie care fermenta xiloză, urmată după 14 până la 29 de ore. de către specialistul în glucoză, a stimulat dramatic producția de etanol, dublând randamentul.

„Acest studiu demonstrează potențialul funcțional al diviziunii muncii în bioprocesare și oferă o perspectivă asupra designului rațional al ecosistemelor proiectate pentru diverse aplicații, „, au scris autorii.

Yong-Su Jin și Ting Lu sunt, de asemenea, profesori la tema Biosystems Design în cadrul Carl R. Woese Institute for Genomic Biology de la U. of I. Jonghyeok Shin este acum om de știință la Institutul de Cercetare din Coreea de Bioștiință și Biotehnologie.

(Fluierul)