Zymomonas mobilis - Zymomonas mobilis
Zymomonas mobilis | |
---|---|
Vědecká klasifikace | |
Doména: | |
Kmen: | |
Třída: | |
Objednat: | |
Rodina: | |
Rod: | Zymomonas |
Druh: | Z. mobilis |
Binomické jméno | |
Zymomonas mobilis (Lindner 1928) De Ley and Swings 1976 | |
poddruh[1] | |
| |
Synonyma[1] | |
|
Zymomonas mobilis je Gram negativní, fakultativní anaerobní, nesporulující, polární bičíkatá, tyčinkovitá bakterie. Je to jediný druh nalezený v rodu Zymomonas.[1] Je pozoruhodné bioethanol -produkční schopnosti, které překonávají droždí v některých aspektech. Původně byl izolován z alkoholických nápojů, jako je africké palmové víno, mexické pulque, a také jako kontaminant jablečného moštu a piva (jablečný mošt a znehodnocování piva) v evropských zemích.
Kažení piva
Zymomonas je nežádoucí vodní bakterie v pivo, vytváří estery-sírovou příchuť díky výrobě acetaldehyd a sirovodík. To lze přirovnat k vůni shnilého jablka nebo ovocné vůně. Zymomonas v ležáckých pivovarech nebyly hlášeny kvůli nízkým teplotám (8–12 ° C) a přísným požadavkům na sacharidy (schopné fermentovat pouze sacharóza, glukóza, a fruktóza ). To se běžně vyskytuje v sudech podmíněných piv, kde se k uhličitování piva používá základní cukr. Optimální teplota růstu je 25 až 30 stupňů Celsia.
Výroba ethanolu
Zymomonas mobilis degraduje cukry na pyruvát za použití Stezka Entner-Doudoroff. Pyruvát tedy je fermentovaný k výrobě ethanol a oxid uhličitý jako jediný produkt (obdoba kvasnic).
Výhody Z. mobilis přes S. cerevisiae s ohledem na produkci bioethanol:
- vyšší absorpce cukru a výtěžek ethanolu (až 2,5krát vyšší),[2]
- nižší produkce biomasy,
- vyšší tolerance ethanolu až 16% (v / v),[3]
- nevyžaduje kontrolované přidávání kyslíku během fermentace,
I přes tyto atraktivní výhody však komerčnímu použití brání několik faktorů Z. mobilis v celulózový ethanol Výroba. Nejdůležitější překážkou je, že rozsah substrátu je omezen na glukóza, fruktóza a sacharóza. Divoký typ Z. mobilis nemůže fermentovat C5 cukry, jako je xylóza a arabinóza, které jsou důležitými složkami lignocelulózových hydrolyzátů. Na rozdíl od E-coli a droždí, Z. mobilis nemůže tolerovat toxické inhibitory přítomné v lignocelulózových hydrolyzátech, jako je kyselina octová a různé fenolové sloučeniny.[4] Koncentrace kyseliny octové v lignocelulózových hydrolyzátech může být až 1,5% (hmotn./obj.), Což je výrazně nad tolerančním limitem Z. mobilis.
Bylo učiněno několik pokusů o inženýrství Z. mobilis překonat inherentní nedostatky. National Renewable Energy Laboratory (NREL), USA významně přispěla k rozšíření sortimentu substrátů o cukry C5, jako je xylóza a arabinóza.[5],[6] Kmeny kyseliny octové odolné vůči kyselině octové Z. mobilis byly vyvinuty racionálním úsilím metabolického inženýrství, technikami mutageneze [7] nebo adaptivní mutace.[8],[9] Když však tyto upravené kmeny metabolizují smíšené cukry v přítomnosti inhibitorů, výtěžek a produktivita jsou mnohem nižší, což znemožňuje jejich průmyslové použití.
K vylepšení fermentace xylózy byl použit rozsáhlý adaptační proces Z. mobilis.[8] Adaptací kmene na vysokou koncentraci xylózy došlo k významným změnám metabolismu. Jednou znatelnou změnou byly snížené hladiny xylitolu, vedlejšího produktu fermentace xylózy, který může inhibovat metabolismus xylózy kmene. Jedním z důvodů nižší produkce xylitolu byla mutace v domnělém genu kódujícím aldo-keto reduktázu, která katalyzuje redukci xylózy na xylitol.[10],[11]
Zajímavá vlastnost Z. mobilis je to jeho plazmatická membrána obsahuje hopanoidy, pentacyklické sloučeniny podobné eukaryotickým steroly. Díky tomu může mít ve svém prostředí mimořádnou toleranci k ethanolu, kolem 13%.
Zymomonas mobilis se tradičně používá k výrobě tequila.
Genom
Genom Z. mobilis kmen ZM4 byl sekvenován a obsahuje 2 056 416 bp kódujících 1 999 genů kódujících proteiny.[12] To odhalilo Z. mobilis může metabolizovat glukózu pouze prostřednictvím Stezka Entner-Doudoroff a není schopen používat Stezka Embden-Meyerhof-Parnas.
Reference
- ^ A b C LPSN položka pro Zymomonas
- ^ Rogers P; Lee K; Skotnicki M; Tribe D (1982). Mikrobiální reakce: Produkce ethanolu Zymomonas mobilis. New York: Springer-Verlag. 37–84. ISBN 978-3-540-11698-1.
- ^ Swings, J; De Ley, J (březen 1977). "Biologie Zymomonas". Bakteriologické recenze. 41 (1): 1–46. doi:10.1128 / MMBR.41.1.1-46.1977. PMC 413995. PMID 16585.
- ^ Doran-Peterson, Joy; Cook, Dana M .; Brandon, Sarah K. (2008). "Mikrobiální přeměna cukrů z rostlinné biomasy na kyselinu mléčnou nebo ethanol". The Plant Journal. 54 (4): 582–592. doi:10.1111 / j.1365-313X.2008.03480.x. PMID 18476865.
- ^ Zhang, M; Eddy, C; Deanda, K; Finkelstein, M; Picataggio, S (13. ledna 1995). „Metabolic Engineering of a Pentose Metabolism Pathway in Ethanologenic Zymomonas mobilis“. Věda. 267 (5195): 240–3. Bibcode:1995Sci ... 267..240Z. doi:10.1126 / science.267.5195.240. PMID 17791346.
- ^ Deanda, K; Zhang, M; Eddy, C; Picataggio, S (1996). „Vývoj kmene Zymomonas mobilis fermentujícího arabinózu metodou metabolické dráhy“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 62 (12): 4465–70. doi:10.1128 / AEM.62.12.4465-4470.1996. PMC 168273. PMID 8953718.
- ^ Joachimsthal, EL; Rogers, PL (2000). "Charakterizace vysoce produktivního rekombinantního kmene Zymomonas mobilis pro produkci ethanolu ze směsí glukózy / xylózy". Aplikovaná biochemie a biotechnologie. 84-86 (1–9): 343–56. doi:10,1385 / abab: 84-86: 1-9: 343. PMID 10849801.
- ^ A b Agrawal, Manoj; Mao, Z; Chen, RR (2011). „Adaptace poskytuje vysoce účinný kmen Zymomonas mobilis fermentující xylózu“. Biotechnologie a bioinženýrství. 108 (4): 777–85. doi:10,1002 / bit. 23021. PMID 21404252.
- ^ Chen, Rachel; Wang, Yun; Shin, Hyun-dong; Agrawal, Manoj; Mao, Zichao (2009). "Kmeny Zymomonas mobilis pro fermentaci biomasy". Americká patentová přihláška č. 20090269797.
- ^ Agrawal, Manoj; Chen, Rachel Ruizhen (2011). "Objev a charakterizace xylóza reduktázy z Zymomonas mobilis ZM4". Biotechnologické dopisy. 33 (11): 2127–2133. doi:10.1007 / s10529-011-0677-6. PMID 21720846.
- ^ Chen, Rachel; Agrawal M (2012). "Průmyslové aplikace nové Aldo / keto reduktázy z Zymomonas Mobilis". Americká patentová přihláška 20120196342.
- ^ Seo, Jeong-Sun; Chong, Hyonyong; Park, Hyun Seok; Yoon, Kyoung-Oh; Jung, Cholhee; Kim, Jae Joon; Hong, Jin Han; Kim, Hyungtae; Kim, Jeong-Hyun; Kil, Joon-Il; Park, Cheol Ju; Hyun-Myung; Lee, Jung-Soon; Jin, Su-Jung; Hm, Hye-Won; Lee, Hee-Jong; Oh, Soo-Jin; Kim, Jae Young; Kang, Hyung Lyun; Lee, Se Yong; Lee, Kye Joon; Kang, Hyen Sam (leden 2005). „Sekvence genomu ethanologické bakterie Zymomonas mobilis ZM4“. Nat. Biotechnol. 23 (1): 63–8. doi:10.1038 / nbt1045. PMC 6870993. PMID 15592456.