Коментар

  • Пълен член
  • Цифри и данни
  • Препратки
  • Цитати
  • Метрика
  • Лицензиране
  • Препечатки и разрешения
  • PDF

Резюме

През 2010 г. нашата група обяви откриването на две семейства транспортери на целодекстрин от целулолитичната гъба, Neurospora crassa. Освен това демонстрирахме полезността на тези транспортьори при производството на лигноцелулозни биогорива. Това откритие стана възможно чрез решение за систематично изследване на деградацията на клетъчната стена от N. crassa. Идентифицираният транспортен път отвори нов начин на мислене за микробна ферментация на хексози, както и на пентози, получени от растителните клетъчни стени. Интегриране на този път с ендогенния метаболизъм и сигналните мрежи на S. cerevisiae сега е основна цел на нашата група.

пълна

През 2010 г. показахме, че два транспортера, CDT-1 и CDT-2, наистина посредничат за усвояването на целодекстрини от N. crassa, и че след поглъщане целодекстрините се хидролизират вътреклетъчно до глюкоза чрез β-глюкозидаза. 13 Редица транскриптомични проучвания показват, че ортолозите на тези транспортери се регулират транскрипционно в отговор на материал от растителни клетъчни стени или целобиоза при различни гъби, което предполага, че те са от основно значение за стратегиите, използвани от гъбите за взаимодействие с растенията. 14 - 16 Идентифицирането на тези гени потвърди съобщенията за целодекстриновите пермеазиси 17 и вътреклетъчните β-глюкозидази 18 в T. reesei.

Има две основни разлики между ферментацията на целодекстрин, медиирана от транспорта, и една, медиирана от извънклетъчната хидролиза до глюкоза: (1) транспортерите на целодекстрин имат относително висок афинитет към целодекстрините; (2) целодекстрините се хидролизират вътреклетъчно. И двете могат да бъдат важни по време на ферментацията на захари, получени от растителна клетъчна стена. Високият афинитет на CDT-1 и CDT-2 към целодекстрини може да бъде особено важен по време на едновременното захарифициране и ферментация (SSF) на растителните клетъчни стени към гориво. SSF, при който ферментиращите микроби са включени в реакцията на деполимеризация, повишава ефективността на превръщането чрез облекчаване на инхибирането на продукта върху целулазите. 37 С a KM от ~ 5 µM, целодекстриновите транспортери могат да намалят концентрациите на захар под нивата, получени чрез включването на извънклетъчни β-глюкозидази, които обикновено имат KM от 100–1000 µM. 38 Тази идея не е строго тествана и са необходими допълнителни проучвания за прилагане и валидиране на модели на SSF, използващи щамове, транспортиращи целодекстрин. 39, 40

Преместването на хидролизата на целодекстрини отвън навътре в клетката може да изглежда като тривиална промяна, но има дълбоко предимство. По-конкретно, транспортирането на целодекстрини, последвано от вътреклетъчна хидролиза до глюкоза, улеснява коферментацията на глюкоза, получена от целулоза, и ксилоза, получена от хемицелулоза. 41, 42 Неспособността на S. cerevisiae за коферментиране глюкоза и ксилоза е бариера за ефективното производство на лигноцелулозно биогориво. Влизат както глюкоза, така и ксилоза S. cerevisiae през ендогенния S. cerevisiae хексозни транспортери, но глюкозата е изключително предпочитана пред ксилозата. 43, 44 По този начин ксилозата няма да се поеме, докато не се консумира цялата глюкоза. Тази последователна ферментация на глюкоза и ксилоза води до по-ниски добиви и производителност на етанол. 45 Транспортът на целодекстрин представлява алтернативен път за навлизане на глюкоза в дрожди, оставяйки ендогенните хексозни транспортери незаети и способни да транспортират ксилоза. Щамове, съдържащи транспортния път на целодекстрин от N. crassa и ефективен метод за коферментиране на ксилозна ферментация целобиоза и ксилоза при високи скорости и с високи добиви. 41, 42

Идентифициране на транспортния път на целодекстрин в N. crassa предложи прозрение за стратегиите, използвани от нишковидни гъби за разграждане на растителните клетъчни стени, и успешната рекапитулация на този път в S. cerevisiae осигури нови пътища за микробен синтез на лигноцелулозни горива. Трябва да се отговори на много въпроси, преди този път да се интегрира напълно с ендогенния метаболизъм на S. cerevisiae, и ще е необходимо допълнително развитие, за да се получи щам, полезен в промишлените процеси.