Метод метаболической инженерии Фе добьется успеха в производстве 1,2,4-butanetriol устойчиво из биомассы

Более экологически чистого и устойчивого способа получения полезных химических 1,2,4-butanetriol был обнаружен. Команда Университета Кобе были первыми в мире, чтобы использовать метод, предполагающий непосредственное ферментации ксилозы в рисовую солому при помощи специальных дрожжей для получения 1,2,4-butanetriol. В ходе проведения этого исследования, команда успешно преодолели два узких места, чтобы максимизировать производство.

Исследование проводилось исследователем Такахиро Бамба и профессор Акихико Кондо (из Высшей школы науки, технологии и инноваций), и профессор Tomohisa Hasunuma (инженерно-Исследовательского Центра Биологии).

1,2,4-butanetriol использует и текущих производственных методов:

Товарная химии 1,2,4-butanetriol имеет широкий спектр практического применения в различных областях. Например, она может быть использована в производстве растворителей и для синтеза различных фармацевтических продуктов, таких как анти-вирусные и холестерол-понижая снадобья, среди других.

Современные методы получения 1,2,4-butanetriol использование сырья, полученного из нефти, и в результате побочных продуктов, которые являются вредными для окружающей среды. Наиболее распространенным способом производят химическое вещество, используя боргидрид натрия (NaBH4) в химически уменьшить яблочная кислота в 1,2,4-butanetriol. Однако этот процесс порождает большое количество солей боратов. Избавляясь от этих солей приводит к загрязнению. Хромит и рубидия также могут быть использованы в качестве катализаторов для 1,2,4-butanetriol производства, однако эти методы требуют высокой температуры и высокого давления, а также привести к образованию токсичных побочных продуктов.

Вытекающие ксилоза (второй самый распространенный природный сахар) из лигноцеллюлозных биомассы (сухой растительной массы) и использовать его для производства химических веществ, обладает несколькими преимуществами, так как это возобновляемый ресурс, что приводит к гораздо меньшему загрязнению окружающей среды. Он обеспечивает устойчивое альтернативой нефтяному производству.

Методология:

1,2,4-butanetriol производится с помощью микробов через 5 процесс стадии реакции внутри клетки.

Однако в шагах 1, 3 и 4 реакции, нет ферментов для обеспечения катализатора в дрожжах. В этом исследовании, рисовой соломы гидролизат был использован для производства ксилозы. Используемые дрожжи были генетически модифицированы с необходимыми ферментами для того, чтобы успешно производить эффективную доходность 1,2,4-butanetriol.

В первых успешных испытаний было произведено лишь 0,02 г/л 1,2,4-butanetriol. Изучив эти результаты, стало очевидно, что нет достаточного количества стимулирующих мероприятий для Этапа 3 и этапа 4 внутри дрожжевых клеток. Это означало, что реакция была замедлена на этапах 3 и 4. Эти реакции считаются узкие места.

С наличием железных кластеров серы в структуре ксилоната дегидратазы катализатора в 3 этапа, выяснилось, что это было трудно для дрожжей, чтобы поддерживать реакцию с железом сера белка в клетках. Это было обусловлено недостаточным количеством железных кластеров серы в клетках дрожжей.

Железо (Fe) имеет важное значение для клеток дрожжей для получения 1,2,4-butanetriol, однако слишком много железа повреждает клетки. Метаболическая инженерия (оптимизация нормативных и генетических процессов в клетках, увеличивают выработку особого вещества), был использован для дальнейшего генетически модифицировать дрожжей с целью повышения его метаболизма железа. Эта улучшенная дрожжи реактивности с дегидратазы ксилоната и заверил, что были сформированы функциональные Фе-с ферментами. Используя этот модифицированный штамм дрожжей, улучшенной каталитической активностью примерно в 6 раз.

Кроме того, Этап 4 узкое место было преодолено с помощью KdcA (производное от Lactococcus Лактис — бактерия, которая обычно используется для ферментации в пищевой промышленности) как декарбоксилаза, чтобы обеспечить достаточную каталитическую активность.

Результаты:

В конечном счете, этот метод преуспели в производстве 1,7 г/л 1,2,4-butanetriol при использовании генетически модифицированные дрожжи. Кроме того, 1,1 г/л 1,2,4-butanetriol был произведен рисовой соломы раствора гидролизата, который был использован как средство для в ходе эксперимента брожения.

Это исследование свидетельствует о том, что можно было бы выпускать другие химикаты, которые требуют железо серных белков, используя подобный метод. Оптимизация метаболических реакций в данном исследовании в ходе дальнейших исследований позволит увеличить производство полезных веществ из лигноцеллюлозных биомассы. Это может привести к сокращению в будущем зависимости от конечных нефтяные ресурсы и загрязняющих окружающую среду методах производства.