通过工程改造天然酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）菌株，提高纤维素乙醇的一步生产效率

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Engineering natural Saccharomyces cerevisiae isolates for enhanced one-step cellulosic ethanol production

　　

摘要

改造酵母菌株以作为第二代（2G）生物乙醇生产中的底盘生物，是一种提高工艺经济效益的有前景策略。天然分离的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）具有更高的遗传多样性和更强的稳定性，并且具有提高异源蛋白生产能力的潜力。在本研究中，评估了在不同工艺相关条件下利用不同表达策略进行异源纤维素酶的生产情况。与自由酶系统相比，在相同的菌株背景下，细胞固定酶系统显示出更强的纤维素分解活性。在所有测试的工艺相关条件下，YI59_V2菌株对所有单一酶的分泌能力均更优。此外，该菌株在分解结晶纤维素和产生乙醇方面表现出更高的效率，96小时后可达到约10克/升的乙醇产量（占最大理论产量的88%），且无需添加外源纤维素酶。有趣的是，与自由酶系统相比，携带细胞固定纤维素酶系统的转化体在应对工艺相关的压力、分泌压力和细胞壁压力方面也表现出更强的稳定性。本研究强调，在这种天然分离菌株中，纤维素酶编码基因的表达设计策略对于提高蛋白滴度和增强菌株稳定性至关重要。具有较高纤维素酶活性和更强稳定性的菌株是实现整合生物加工（CBP）工业化应用的关键一步。

关键点

• 细胞固定表达显著提升了纤维素酶活性和纤维素分解效率。

• YI59_V2菌株在无需添加酶的情况下可从结晶纤维素中产生约10克/升的乙醇。

• 细胞固定酶改变了细胞壁结构并提升了细胞的抗压能力。