Метаболічна інженерія початкових етапів катаболізму ксилози у дріжджів з метою конструювання ефективних продуцентів етанолу з лігноцелюлози

Abstract

Рослинна біомаса має величезний потенціал як сировина для виробництва біопалива, зокрема паливного етанолу. Основними складовими рослинної біомаси є глюкоза та п’ятивуглецевий цукор ксилоза. Дріжджі Saccharomyces cerevisiae, які використовуються для промислового виробництва етанолу з глюкози та сахарози, не здатні ферментувати ксилозу. Отже, аби забезпечити економічно вигідне перетворення рослинної біомаси до етанолу, потрібно знайти у природі або сконструювати мікроорганізм, здатний до підвищеної ферментації не лише глюкози, а і ксилози. Досягти активної ферментації ксилози можна, забезпечивши ефективність початкових етапів метаболізму цієї пентози, які визначають і ефективність алкогольної ферментації ксилози в цілому [1]. В огляді детально охарактеризовані ферменти, задіяні на початкових етапах метаболізму ксилози у дріжджів (ксилозоредуктаза, ксилітолдегідрогеназа і ксилулокіназа) і бактерій (ксилозоізомераза і ксилулокіназа), та показані шляхи конструювання штамів дріжджів, здатних до ефективного синтезу етанолу із ксилози.

Растительная биомасса обладает огромным потенциалом в качестве сырья для производства биотоплива, в частности топливного этанола. Основными составными растительной биомассы являются глюкоза и пятиуглеродный сахар ксилоза. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae, которые используются для промышленного производства этанола из глюкозы, не способны ферментировать ксилозу. Следовательно, для обеспечения экономически выгодного превращения растительной биомассы в этанол необходимо найти в природе или сконструировать микроорганизм, эффективно ферментирующий не только глюкозу, но и ксилозу. Обеспечить эффективную ферментацию ксилозы можно, обеспечив эффективность начальных этапов метаболизма этой пентозы, которые определяют эффективность алкогольной ферментации в целом. В обзоре детально охарактеризированы ферменты, задействованніе на начальных этапах метаболизма ксилозы у дрожжей (ксилозоредуктаза, ксилитолдегидрогеназа и ксилулокиназа) и бактерий (ксилозоизомераза и ксилулокиназа), а также рассмотрены пути конструирования штаммов дрожжей – эффективных продуцентов этанола из ксилозы.

Plant biomass possesses a huge potential as a source for biofuel production. The main components of biomass are glucose and five-carbon sugar xylose. The yeast Saccharomyces cerevisiae that is used for industrial ethanol production from glucose is unable to xylose fermentation. Therefore a microorganism capable for efficient fermentation of both glucose and xylose has to be found in nature or constructed for economically feasible biomass conversion to ethanol. The active xylose fermentation could be performed by increasing the efficiency of initial stages of xylose metabolism [1]. In this review the enzymes of initial stages of xylose metabolism in yeasts (xylose reductase, xylitol dehydrogenase, xylulokinase) and bacteria (xylose isomerase and xylulokinase) are characterized. The ways for construction of yeast strains capable of efficient alcoholic xylose fermentation are discussed.