乙醇增产17%庆北大学团队改造酿酒酵母固定二氧化碳

  多年来,吸收二氧化碳并将其转化为糖的才能仅限于植物、藻类和一些细菌。跟着组成生物学的开展,研讨人员现已将这一功用融入到出产乙醇的酵母中,以削减该过程中的 CO₂ 排放,一起添加生物燃料的乙醇产值。

  通常情况下,运用酿酒酵母(S. Cerevisiae)通过发酵来自甘蔗、木材、稻草和藻类的糖来大规模出产乙醇。但问题就在于:发酵不只产生乙醇,还会开释 CO₂,然后阻止了乙醇作为生物燃料的环保运用。而 CO₂ 导致的全球变暖严重威胁人类生计和ECO,会引发自然灾害和粮食缺少等问题。

  详细而言,研讨团队将一种名为Rubisco的酶基因改造到酿酒酵母中。Rubisco 是一种要害酶,答应不同植物、一些细菌、藻类和原生生物固定 CO₂ 为糖。

  天然酿酒酵母并不含 Rubisco,研讨人员通过基因修正技能修正酵母的基因组,刺进用来出产 Rubisco 的基因。通过这一战略,研讨人员构建了工程酿酒酵母(名为 SJ03),这是一种具有固定 CO₂ 才能的转基因酵母菌株,运用发酵过程中开释的 CO₂ 并将其收回。

  为了测验新菌株在出产乙醇和最大极限地削减 CO₂ 产值方面的功能,在出产的悉数过程中,研讨小组首要发酵木糖。

  当他们丈量培育物中的 CO₂ 排放量和乙醇产值时,团队发现新菌株每克乙醇产生 0.657g CO₂ ,每耗费克木糖产生 0.36g 乙醇。这在某种程度上预示着与缺少 CO₂ 固定途径的对照酿酒酵母比较 ,CO₂ 开释量削减近 10%,乙醇产值添加 17%。这是针对 CO₂ 固定酵母报导的将再循环 CO₂ 转化为乙醇的最高功率。

  “在 SJ03 中,通过 Rubisco 固定后,CO₂ 转化为 3-磷酸甘油酸,这是乙醇出产的要害中心体。”Park 解释道。捕获的 CO₂ 为酵母供给该中心分子,然后在正常的乙醇组成过程中转化,产生更多的乙醇并从反响中去除更多的 CO₂ 。

  Park 表明,要进步 CO₂ 固定功率和乙醇产值,需求战胜的妨碍之一是 Rubisco 对 CO₂ 的特异性较低。这种酶不光能够固定 CO₂,还能够固定氧气。每固定三个 CO₂ 分子,就会固定一个氧气。在有氧气的环境中,Rubisco 与氧气产生反响,而不是运用 CO₂。

  研讨依据成果得出,进一步提高 Rubisco 的功率,特别是它对二氧化碳的亲和力超越对氧气的亲和力,有几率会使二氧化碳固定和乙醇出产的更大改进。