Ethanol fermentation from lignocellulosic hydrolysate by a recombinant xylose- and cellooligosaccharide-assimilating yeast strain
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2006）
- DOI
- 10.1007/s00253-006-0402-x
- 所属领域
- 代谢工程/发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
酿酒酵母不能利用木质纤维素水解物中的木糖和纤维寡糖，导致乙醇发酵效率低下。
研究策略
通过染色体整合木糖还原酶（XYL1）、木糖醇脱氢酶（XYL2）和木糖激酶（XKS1）基因实现木糖同化，同时通过细胞表面展示β-葡萄糖苷酶（BGL1）降解纤维寡糖，构建重组酵母菌株。
核心内容
针对酿酒酵母无法利用木质纤维素水解物中木糖和纤维寡糖的问题，研究人员通过染色体整合木糖还原酶（XYL1）、木糖醇脱氢酶（XYL2）和木糖激酶（XKS1）基因构建木糖同化途径，同时利用α-凝集素将β-葡萄糖苷酶（BGL1）展示于细胞表面，首次将木糖同化与纤维寡糖降解能力整合至同一酿酒酵母菌株MT8-1/Xyl/BGL。在50 g/L木糖发酵中，该菌株72小时消耗约47 g/L木糖并产生约18 g/L乙醇，得率达理论值的72.5%；在50 g/L纤维二糖发酵中，24小时内完全消耗底物并产生19.3 g/L乙醇。模拟糖混合物发酵中，36小时乙醇产量约32.5 g/L，得率0.39 g/g，高于对照的0.32 g/g。在总糖73 g/L的木质纤维素水解物发酵中，该菌株36小时产乙醇约30 g/L，得率0.41 g/g，显著优于对照菌株的0.31 g/g。结果表明，该重组菌株能同步利用木糖和纤维寡糖，显著提升木质纤维素乙醇发酵效率。
创新点
首次将木糖同化与纤维寡糖降解能力整合到同一酿酒酵母菌株中，实现了对木质纤维素水解物的高效乙醇发酵。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 酿酒酵母 MT8-1 | 木糖代谢途径 | XYL1, XYL2, XKS1 | XR, XDH, XK | 催化 | 木糖同化途径的关键酶 |
| 酿酒酵母 MT8-1 | 纤维寡糖降解途径 | bgl1 | BGL1 | 催化 | 细胞表面展示的β-葡萄糖苷酶 |
| 酿酒酵母 MT8-1 | 细胞表面展示 | 3'-half of α-agglutinin gene | α-agglutinin | 区室化 | 将BGL1锚定在细胞表面 |
关键发现
- 重组菌株MT8-1/Xyl/BGL在50 g/L木糖发酵中，72 h消耗约47 g/L木糖，产乙醇约18 g/L，乙醇得率0.37 g/g（理论得率的72.5%）
- 在50 g/L纤维二糖发酵中，24 h完全消耗纤维二糖，产乙醇19.3 g/L，得率0.37 g/g
- 在模拟糖混合物发酵中，36 h产乙醇约32.5 g/L，得率0.39 g/g（对照仅0.32）
- 在木质纤维素水解物（总糖73 g/L）发酵中，36 h产乙醇约30 g/L，乙醇得率0.41 g/g，显著高于对照菌株的0.31 g/g。酶活测定显示重组菌株XR活性0.19~0.23 U/mg蛋白，XDH活性1.75~1.83 U/mg蛋白，XK活性0.37~0.39 U/mg蛋白，BGL1活性13.46~15.44 U/g细胞干重。
研究结论
重组酿酒酵母菌株MT8-1/Xyl/BGL能同时利用木糖和纤维寡糖，高效发酵木质纤维素水解物生产乙醇，乙醇得率显著高于对照菌株。