Zymomonas mobilis
Виды бактерий

Zymomonas mobilis
Научная классификация Редактировать эту классификацию
Домен:Бактерии
Тип:Псевдомонадоты
Сорт:Альфапротеобактерии
Заказ:Сфингомонадалес
Семья:Zymomonadaceae
Hördt et al . 2020 [1]
Род:Zymomonas
Kluyver и van Niel 1936 (Утвержденные списки 1980)
Разновидность:
Z. mobilis
Биномиальное имя
Zymomonas mobilis
(Линднер 1928) Де Лей и Свингс 1976
Подвиды [2]
  • Zymomonas mobilis subsp. francensis Coton et al . 2006 г.
  • Zymomonas mobilis subsp. mobilis (Линднер 1928) Де Лей и Свингс 1976
  • Zymomonas mobilis subsp. pomaceae (Миллис, 1956) Де Лей и Свингс, 1976
Синонимы [2]
  • Achromobacter anaerobium [ так в оригинале ] Шимвелл 1937
  • Pseudomonas lindneri Kluyver и Hoppenbrouwers, 1931 г.
  • Saccharomonas lindneri (Клюйвер и Хоппенбрауэрс, 1931 г.) Шимвелл, 1950 г.
  • Термобактерия мобильная Линднер 1928
  • Zymomonas anaerobia (Shimwell 1937) Kluyver 1957
  • Zymomonas mobile [ так в оригинале ] (Линднер 1928) Клюйвер и ван Нил 1936

Zymomonas mobilis — грамотрицательная , факультативно -анаэробная , неспорообразующая, полярно-жгутиковая, палочковидная бактерия. Это единственный вид, обнаруженный в роде Zymomonas . [2] Он обладает заметными биоэтанол -продуцирующими способностями, которые в некоторых аспектах превосходят дрожжи . Первоначально он был выделен из алкогольных напитков, таких как африканское пальмовое вино, мексиканский пульке , а также в качестве загрязнителя сидра и пива (болезнь сидра и порча пива) в европейских странах.

Порча пива

Zymomonas — это нежелательные водные бактерии в пиве , создающие эфирно-сернистый привкус из-за выработки ацетальдегида и сероводорода . Его можно сравнить с запахом гнилого яблока или фруктовым запахом. Zymomonas не были зарегистрированы в пивоварнях, производящих лагеры, из-за низких температур (8–12 °C) и строгих требований к углеводам (способны сбраживать только сахарозу , глюкозу и фруктозу ). Обычно они встречаются в бочковых элях, где для карбонизации пива используется сахар-праймер . Оптимальная температура роста составляет от 25 до 30 °C.

Производство этанола

Zymomonas mobilis расщепляет сахара до пирувата, используя путь Энтнера-Дудорова . Затем пируват ферментируется с образованием этанола и углекислого газа в качестве единственных продуктов (аналогично дрожжам).

Преимущества Z. mobilis перед S. cerevisiae в отношении производства биоэтанола :

  • более высокое потребление сахара и выход этанола (до 2,5 раз выше), [3]
  • снижение производства биомассы,
  • более высокая толерантность к этанолу до 16 % (об./об.) , [4]
  • не требует контролируемого добавления кислорода во время ферментации,

Однако, несмотря на эти привлекательные преимущества, несколько факторов препятствуют коммерческому использованию Z. mobilis в производстве целлюлозного этанола . Главным препятствием является то, что диапазон его субстратов ограничен глюкозой , фруктозой и сахарозой . Дикий тип Z. mobilis не может ферментировать сахара C5 , такие как ксилоза и арабиноза , которые являются важными компонентами лигноцеллюлозных гидролизатов. В отличие от E. coli и дрожжей, Z. mobilis не переносит токсичные ингибиторы, присутствующие в лигноцеллюлозных гидролизатах, такие как уксусная кислота и различные фенольные соединения . [5] Концентрация уксусной кислоты в лигноцеллюлозных гидролизатах может достигать 1,5% (мас./об.), что значительно превышает порог толерантности Z. mobilis .

Было предпринято несколько попыток спроектировать Z. mobilis для преодоления присущих ему недостатков. Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) в США внесла значительный вклад в расширение спектра субстратов, включив в него сахара C5, такие как ксилоза и арабиноза. [6] [7] Устойчивые к уксусной кислоте штаммы Z. mobilis были разработаны с помощью усилий по рациональной метаболической инженерии, методов мутагенеза [8] или адаптивной мутации. [9] [10] Однако, когда эти сконструированные штаммы метаболизируют смешанные сахара в присутствии ингибиторов, урожайность и производительность значительно ниже, что препятствует их промышленному применению.

Для улучшения ферментации ксилозы в Z. mobilis был использован обширный процесс адаптации . [9] При адаптации штамма к высокой концентрации ксилозы произошли значительные изменения метаболизма. Одним из заметных изменений было снижение уровня ксилита , побочного продукта ферментации ксилозы, который может ингибировать метаболизм ксилозы штамма. Одной из причин более низкого производства ксилита была мутация в предполагаемом гене, кодирующем альдо-кеторедуктазу , которая катализирует восстановление ксилозы до ксилита. [11] [12]

Плазматическая мембрана Z. mobilis содержит гопаноиды , пентациклические соединения, похожие на эукариотические стерины . Это позволяет ей иметь необычайную толерантность к этанолу в ее среде, около 13%.

Z. mobilis традиционно используется для приготовления пульке .

Геном

Геном штамма Z. mobilis ZM4 был секвенирован и содержит 2 056 416 п.н., кодирующих 1 998 генов, кодирующих белки. [13] Это показало, что Z. mobilis может метаболизировать глюкозу только через путь Энтнера-Дудорова и не способен использовать путь Эмбдена-Мейерхофа-Парнаса .

Ссылки

  1. ^ Хёрдт, Антон; Лопес, Марина Гарсия; Майер-Кольтхофф, Ян П.; Шлейнинг, Марсель; Вайнхольд, Лиза-Мария; Тиндалл, Брайан Дж.; Гронов, Сабина; Кирпидес, Никос К.; Войке, Таня; Гёкер, Маркус (7 апреля 2020 г.). «Анализ геномов 1000+ типов и штаммов существенно улучшает таксономическую классификацию альфапротеобактерий». Frontiers in Microbiology . 11 : 468. doi : 10.3389/fmicb.2020.00468 . PMC  7179689. PMID  32373076.
  2. ^ abc LPSN запись для Zymomonas
  3. ^ Роджерс П.; Ли К.; Скотницки М.; Трайб Д. (1982). Микробные реакции: Производство этанола Zymomonas mobilis . Нью-Йорк: Springer-Verlag. С.  37–84 . ISBN 978-3-540-11698-1.
  4. ^ Swings, J; De Ley, J (март 1977). «Биология Zymomonas». Bacteriological Reviews . 41 (1): 1– 46. doi :10.1128/MMBR.41.1.1-46.1977. PMC 413995. PMID  16585 . 
  5. ^ Доран-Петерсон, Джой; Кук, Дана М.; Брэндон, Сара К. (2008). «Микробная конверсия сахаров из растительной биомассы в молочную кислоту или этанол». The Plant Journal . 54 (4): 582– 592. doi :10.1111/j.1365-313X.2008.03480.x. PMID  18476865.
  6. ^ Чжан, М.; Эдди, К.; Деанда, К.; Финкельштейн, М.; Пикатаджио, С. (13 января 1995 г.). «Метаболическая инженерия пути метаболизма пентозы в этанологенной Zymomonas mobilis». Science . 267 (5195): 240– 3. Bibcode :1995Sci...267..240Z. doi :10.1126/science.267.5195.240. PMID  17791346. S2CID  30637280.
  7. ^ Deanda, K; Zhang, M; Eddy, C; Picataggio, S (1996). «Разработка штамма Zymomonas mobilis, ферментирующего арабинозу, с помощью инженерии метаболических путей». Applied and Environmental Microbiology . 62 (12): 4465– 70. doi :10.1128/AEM.62.12.4465-4470.1996. PMC 168273 . PMID  8953718. 
  8. ^ Иоахимсталь, EL; Роджерс, PL (2000). «Характеристика высокопродуктивного рекомбинантного штамма Zymomonas mobilis для производства этанола из смесей глюкозы/ксилозы». Прикладная биохимия и биотехнология . 84–86 ( 1–9 ): 343–56 . doi :10.1385/abab:84-86:1-9:343. PMID  10849801. S2CID  189906081.
  9. ^ ab Агравал, Манодж; Мао, З; Чен, РР (2011). «Адаптация дает высокоэффективный штамм Zymomonas mobilis, ферментирующий ксилозу». Биотехнология и биоинженерия . 108 (4): 777– 85. doi :10.1002/bit.23021. PMID  21404252. S2CID  23075338.
  10. ^ Чэнь, Рэйчел; Ван, Юн; Шин, Хён-дон; Агравал, Манодж; Мао, Цзычао (2009). «Штамм Zymomonas mobilis для ферментации биомассы». Заявка на патент США № 20090269797 .
  11. ^ Агравал, Манодж; Чен, Рэйчел Руйжен (2011). «Открытие и характеристика ксилозоредуктазы из Zymomonas mobilis ZM4». Biotechnology Letters . 33 (11): 2127– 2133. doi :10.1007/s10529-011-0677-6. PMID  21720846. S2CID  5724810.
  12. ^ Чен, Рэйчел; Агравал М (2012). «Промышленное применение новой альдо/кеторедуктазы Zymomonas Mobilis». Заявка на патент США 20120196342 .
  13. ^ Со, Чон Сон; Чонг, Хёнён; Пак, Хён Сок; Юн, Кён-О; Юнг, Чолхи; Ким, Джэ Джун; Хун, Джин Хан; Ким, Хёнтэ; Ким, Чон Хён; Кил, Джун-Ил; Пак, Чхоль Джу; О, Хён Мён; Ли, Юнг-Сун; Джин, Су-Юнг; Хм, Хе Вон; Ли, Хи Чон; О, Су-Джин; Ким, Джэ Ён; Кан, Хён Люн; Ли, Се Ён; Ли, Ке Джун; Канг, Хьен Сэм (январь 2005 г.). «Последовательность генома этанологенной бактерии Zymomonas mobilis ZM4». Нат. Биотехнология . 23 (1): 63– 8. doi : 10.1038/nbt1045. PMC 6870993. PMID  15592456 . 
  • Технология ферментации этанола — Zymomonas mobilis
  • Страница генома Zymomonas mobilis ZM4
  • Типовой штамм Zymomonas mobilis в BacDive — базе метаданных бактериального разнообразия
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Zymomonas_mobilis&oldid=1261156901"