设计酵母对有希望的生物质解构溶剂的耐受性

为了将植物物质转化为燃料和其他可持续的生物产品，必须首先将其分解为微生物的可消化糖。γ-戊内酯(GVL)是用于生物质降解的有前景的化学溶剂。然而，它对发酵微生物有毒。科学家们发现了GVL对发酵微生物毒性的机制。他们确定了对溶剂产生敏感性或耐受性的基因缺失。他们利用这些知识设计了一种发酵酵母菌株，该菌株具有更高的GVL耐受性和增强的糖转化为生物燃料。

该团队使用化学基因组引导的工程改造了酵母。它提供了一种快速方法，可以将现有的酵母菌株定制为特定的化学应激源。这项工作提出了一种方法来创建一个耐受GVL的酵母菌株，提高生物燃料效率。

使用溶剂GVL的生物质解构比传统的解构方法有几个优点;然而，生物转化为生物燃料可能具有挑战性，因为发酵微生物对任何残留的GVL都很敏感。大湖生物能源研究中心的研究人员试图利用化学基因组学来确定GVL毒性的机制，化学基因组学通过删除非必需基因来测量小分子对微生物的影响。GVL的化学基因组学分析预测该化学物质影响发酵酵母菌株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的膜和膜结合过程。

他们的研究表明，GVL对酿酒酵母细胞膜完整性具有毒性作用，其在发酵过程中产生的乙醇被放大。他们的分析还揭示了在工程化的发酵酵母菌株中酶Pad1p和Fcc1p的缺失介导了对GVL的毒性。此外，相对于非工程菌株，在发酵酵母菌株中缺失PAD1和FDC1导致含有合成水解产物的GVL中的生长，糖利用和乙醇生产得到改善。工程菌株的化学蛋白质分析显示，在GVL存在下参与细胞膜生物合成的酶更丰富，并且与非工程菌株相比，该甾醇的细胞水平升高。

这些结果表明，酵母中GVL耐受的一种途径是通过改变膜流动性。未来的研究需要解决PAD1和FDC1在细胞膜生物合成中的作用。该研究还说明了化学基因组学方法在快速鉴定小分子细胞靶标方面的应用，以及设计微生物菌株以改善生物燃料和生物产品生产的策略。