伊利诺斯州香槟市——伊利诺斯州厄巴纳-香槟大学的一组科学家开发了一种利用工程酵母的生物过程，它可以完全有效地将由醋酸酯和木糖组成的植物物质转化为高价值的生物产品。

据报道，赋予植物细胞结构的木质材料木质纤维素是地球上最丰富的原材料，长期以来一直被视为可再生能源的来源。它主要含有醋酸酯、葡萄糖和木糖，所有这些都是在分解过程中释放出来的。

发表在自然通讯该团队介绍了他们的工作，为克服阻碍木质纤维素生物燃料商业化的主要障碍之一提供了一种可行的方法——醋酸酯对酵母菌等发酵微生物的毒性。

食品科学和人类营养学教授Yong-Su Jin说:“这是第一个证明木糖和醋酸酯在生物燃料生产中的高效和完全利用的方法。”作为Carl R. Woese基因组生物学研究所的附属机构，Jin和当时的研究生孙亮(Liang Sun)领导了这项研究，孙亮是这篇论文的第一作者。

他们的方法充分利用了柳枝稷细胞壁上的木糖和醋酸酯，将醋酸酯从一种不需要的副产品转化为有价值的基质，提高了酵母转化水解物中的糖的效率。

金说:“我们发现，我们可以用这种被认为是有毒的、无用的物质作为木糖的补充碳源，经济地生产优质化学品”，如三乙酸内酯(TAL)和维生素a，它们都来自相同的前体分子乙酰辅酶a。

目前在威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin, Madison)读博士后的孙说，TAL是一种多功能平台化学品，目前通过提炼石油获得，用于生产塑料和食品配料。

在早期的研究中，合作者、能源生物科学研究所的研究员金洙凛(Soo Rin Kim)设计了一种酵酵菌酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，能快速有效地消耗木糖。Kim目前是韩国庆北国立大学的一名教员。

在目前的研究中，他们使用在伊利诺伊大学能源农场收获的柳枝稷来制造半纤维素水解物。工程酵母细胞被用来发酵葡萄糖，木糖和醋酸盐中的水合盐。当葡萄糖和醋酸酯同时提供时，酿酒酵母迅速将葡萄糖转化为乙醇，降低了细胞培养液的pH值。然而，醋酸盐的消耗被强烈抑制，导致培养物在低pH条件下对酵母细胞产生毒性。当木糖中含有醋酸盐时，“这两种碳源形成了协同作用，促进了两种化合物的高效代谢，”孙说。木糖支持细胞生长，为醋酸盐同化提供了充足的能量。因此，酵母可以非常有效地代谢乙酸酯作为底物，产生大量的TAL。”

与此同时，当醋酸酯被代谢时，培养基的pH值水平增加，这反过来促进了酵母对木糖的消耗，孙说。

孙说，当他们通过RNA测序分析酿酒酵母的基因表达时，他们发现与葡萄糖相比，木糖显著上调了参与醋酸盐摄取和代谢的关键基因。

同时喂食醋酸盐和木糖的酵母细胞积累了更多的生物量，它们的脂质和麦角甾醇水平分别提高了48%和45%。麦角甾醇是一种真菌激素，在发酵过程中的应激适应中起着重要作用。

Sun说，乙酸酯和木糖的共同利用还增加了酵母对乙酰辅酶a的供应，乙酰辅酶a是麦角甾醇和脂类的前体分子，并提供了一个代谢捷径——将乙酸酯转化为乙酰辅酶a，使TAL的生产更接近一步。

“通过共同利用木糖和醋酸酯作为碳源，我们能够显著提高TAL的产量——比之前报道的使用工程酿酒酵母的产量高出14倍，”孙说。“我们也在维生素A的生产中采用了这种策略，证明了它有过度生产其他从乙酰辅酶A中提取的高价值生物产品的潜力，如类固醇和类黄酮。”

由于该工艺充分利用了木质纤维素生物质中的碳源，Jin和Sun说，它可以无缝地集成到纤维素生物精炼厂中。

“这关系到我们社会的可持续性，”孙说。“我们需要充分利用这些尚未开发的资源来建设可持续的未来。我们希望在50年或100年后，我们将主要依靠这些可再生和丰富的原料来生产我们日常生活所需的能源和材料。188金宝搏bet官网这就是我们的目标。但目前，我们只是在做一些小事情，以确保这种情况逐渐发生。”

该研究的其他共同作者有史蒂芬·莱恩(Stephan Lane)，他是伊利诺伊大学可持续发展、能源和环境研究所的生物铸造经理;伊利诺伊大学博士后李宰元(Jae Won Lee)和研究生陆尚道(Sangdo Yook);以及康奈尔大学研究生孙子乔。