Viskonsino-Madisono universiteto ir Didžiųjų ežerų bioenergijos tyrimų centro (GLBRC) mokslininkai surado būdą, kaip beveik dvigubai padidinti efektyvumą, kuriuo dažniausiai naudojama pramoninė mielių rūšis augalų cukrų paverčia biokuru. Naujai sukurtos „super mielės“galėtų padidinti etanolio, specialių biokuro ir bioproduktų gamybos ekonomiką.
Nors Saccharomyces cerevisiae buvo pasirinktos kepinių ir alaus mielės šimtmečius, jos yra unikalus iššūkis tyrėjams, naudojantiems biokurą iš celiuliozės biomasės, pvz., žolės, miško ar nemaistinės augalų dalies. Visame pasaulyje žinomas mikrobas puikiai sugeba paversti augalo gliukozę biokuru, bet šiaip yra išrankus valgytojas, nepaisydamas augalo ksilozės – penkių anglies cukrų, kuris gali sudaryti beveik pusę visų turimų augalų cukrų.
„Kad celiuliozės biodegalai taptų ekonomiškai įmanomi, mikrobai turi sugebėti paversti visą augalo cukrų, įskaitant ksilozę, į kurą“, – sako Trey Sato, GLBRC tyrimo pagrindinis tyrėjas ir UW-Madison asocijuotas mokslininkas..
Žurnale PLOS Genetics paskelbtame tyrime Sato ir jo GLBRC bendradarbiai aprašo specifinių genetinių mutacijų, leidžiančių S. cerevisiae paversti ksilozę į etanolį, išskyrimą, o tai gali paversti ksilozę iš atliekų produkto į kuro š altinis. Kad atskleistų šias genetines mutacijas, tyrėjai turėjo išnarplioti milijonus metų trukusią evoliuciją ir išsiaiškinti, kas paskatino S. cerevisiae taip išsirinkti savo mitybos įpročius.
Pirma, Sato ir kolegos suteikė mielėms pasirinkimą, panašų į valgyti morkas vakarienei ar visai nieko, aplinkui S.cerevisiae su ksiloze, kol jis iš naujo įvertino savo nemėgimą ksilozei arba mirė. Prireikė 10 mėnesių ir šimtų kartų „nukreiptos evoliucijos“, kad Sato ir jo kolegos, įskaitant bendraautorius Robertą Landicką, UW-Madisono biochemijos profesorių ir Audrey Gasch, UW-Madison genetikos profesorių, sukurtų S. cerevisiae padermė, galinti fermentuoti ksilozę.
Kai tyrėjai išskyrė super mieles, pavadintas GLBRCY128, jie taip pat turėjo tiksliai suprasti, kaip įvyko evoliucija, kad galėtų ją pakartoti. Gaschas palygino Y128 genomą su pradine paderme, perjungdamas maždaug 5 200 kiekvieno genų, kad surastų keturias genų mutacijas, atsakingas už pritaikytą elgesį. Norėdami patikrinti savo atradimą, tyrėjai rankiniu būdu ištrynė šias mutacijas iš pirminės padermės ir gavo tą patį rezultatą.
Sato teigia, kad šis darbas gali padėti atlikti įvairius biokuro tyrimus. Paskelbę Y128 gamybos techniką, mokslininkai gali patys jį pasigaminti, kad pritaikytų jį naujoms biomasės išankstinio apdorojimo technologijoms arba skirtingoms augalinėms medžiagoms.„Mokslininkams nereikės pritaikyti savo tyrimų su procesu, kurį čia atliekame“, – sako jis. „Jie gali tiesiog perimti mūsų technologiją ir pasidaryti įtampą“.
Ateities tyrimai taip pat gali būti sutelkti į potencialiai galingą supermielių vaidmenį kuriant specialius biokurus ir bioproduktus.
„Norime pasinaudoti šia paderme ir sukurti aukštesnės eilės molekules, kurias būtų galima toliau paversti reaktyviniu kuru arba kažkuo, pavyzdžiui, izobutanoliu, lipidais ar dyzelinu“, – sako Sato. „Ir jei žinome, kaip geriau metabolizuoti anglį, įskaitant ksilozę, teoriškai kiekvienas turėtų sugebėti pakeisti arba pakeisti medžiagų apykaitos būdus, kad būtų galima gaminti įvairius biokuro produktus.“
