微生物分工产生更高的生物燃料产量

伊利诺伊州尚佩恩——科学家们已经找到了一种通过酵母发酵来提高乙醇产量的方法，酵母发酵是一种将植物糖转化为生物燃料的标准方法。他们的方法在《自然通讯》杂志上进行了详细介绍，它依赖于精心的时间安排和合成酵母菌株之间的严格分工，以产生比以前的方法更多的每单位植物糖乙醇。

“我们构建了一个由两种工程酵母菌株组成的人工微生物群落：葡萄糖专家和木糖专家，”伊利诺伊大学厄巴纳 – 香槟分校食品科学和人类营养学教授Yong-Su Jin说，他与伊利诺伊大学生物工程教授Ting Lu共同领导了这项新研究。我们研究了混合两种酵母菌群的时间以及混合两种菌群的比例如何影响纤维素乙醇的产生。

博士后研究员Jonghyeok Shin和I.生物物理和定量生物学中心的博士生Siqi Lao进行了这项工作。

葡萄糖和木糖是从植物生物质（如农业废弃物）分解中获得的两种最丰富的糖。该团队试图克服使用酵母将这些植物糖转化为乙醇时出现的常见问题。在野外，感兴趣的酵母菌株酿酒 酵母更喜欢葡萄糖，缺乏代谢木糖的能力。其他科学家已经使用基因工程来改变酵母，使其也消耗木糖，但这些工程菌株仍然更喜欢葡萄糖，从而降低了它们在乙醇生产中的整体效率。

一些科学家认为，微生物群落，每个都有自己的特殊功能，可以比单一的、高度工程化的菌株更有效地运作。

“我的团队致力于合成微生物群落的设计、分析和工程。Jin的实验室专门从事酵母代谢工程和生物燃料生产，“Lu说。

“我们互补的专业知识使我们能够测试酵母之间的分工方法是否在生物燃料生产中有效。

研究人员进行了一系列实验，测试了两种专业酵母菌株的使用。他们改变了将不同菌株添加到糖混合物中的顺序以及每次添加的时间。

“我们还研究了两种人群混合的比例，以确定它们对纤维素乙醇快速有效生产的影响，”Jin说。

该团队还开发了一个数学模型，可以准确预测酵母的性能和乙醇产量。

“我们使用实验数据来训练我们的数学模型，以便它捕获特征生态系统行为，”卢说。“然后，该模型被用于预测最佳发酵条件，后来通过相应的实验进行了验证。

研究人员发现，首先将木糖发酵酵母专家添加到混合物中，然后在14至29小时后由葡萄糖专家加入，大大提高了乙醇的产量，使产量增加了一倍以上。

“这项研究证明了生物加工中分工的功能潜力，并为各种应用的工程生态系统的合理设计提供了见解，”作者写道。

Yong-Su Jin 和 Ting Lu 也是 U. of I. 的 Carl R. Woese 基因组生物学研究所生物系统设计主题的教授。 Jonghyeok Shin 现在是韩国生物科学和生物技术研究所的科学家。

能源部和韩国生物科学与生物技术研究所支持这项研究。