Зимомонада мобилизис

Зимомонада мобилизис
Научная классификация
Домен:	Бактерии
Тип:	Псевдомонадота
Сорт:	Альфапротеобактерии
Заказ:	Сфингомонады
Семья:	Зимомонадовые ; Хордт и др . 2020 год
Род:	Зимомонас ; Клюйвер и ван Ниль, 1936 г. (утвержденные списки, 1980 г.)
Разновидность:	З.мобилис
Биномиальное имя
	Зимомонада мобилизис ; (Линднер, 1928) Де Лей и качели, 1976
Подвиды
	Zymomonas mobilis subsp. francensis Coton et al . 2006 г. ; Zymomonas mobilis subsp. mobilis (Линднер, 1928) Де Лей и Свингс, 1976 ; Zymomonas mobilis subsp. pomaceae (Миллис, 1956) Де Лей и Свингс, 1976 ;
Синонимы
	Achromobacter anaerobium [ так в оригинале ] Шимвелл, 1937 г. ; Pseudomonas lindneri Kluyver и Hoppenbrouwers, 1931 г. ; Saccharomonas lindneri (Клюйвер и Хоппенбрауэрс, 1931 г.) Шимвелл, 1950 г. ; Термобактерия подвижная Линднер 1928 г. ; Zymomonas anaerobia (Shimwell 1937) Kluyver 1957 ; Zymomonas mobile [ sic ] (Линднер, 1928 г.) Клюйвер и ван Ниль, 1936 г. ;

Zymomonas mobilis — грамотрицательная , факультативно -анаэробная , неспорообразующая, палочковидная бактерия с полярными жгутиками. Это единственный вид, встречающийся в роду Zymomonas . ^{[ 2 ]} Он обладает значительными возможностями по производству биоэтанола превосходят дрожжи , которые в некоторых аспектах . Первоначально он был выделен из алкогольных напитков, таких как африканское пальмовое вино, мексиканский пульке , а также в качестве загрязнителя сидра и пива (сидровая болезнь и порча пива) в европейских странах.

Порча пива

Zymomonas — это нежелательные бактерии, переносимые водой, в пиве , создающие эфирно-серный привкус из-за образования ацетальдегида и сероводорода . Это можно сравнить с запахом гнилого яблока или фруктовым запахом. Zymomonas не наблюдалось на пивоварнях, производящих лагеры, из-за низких температур (8–12 °C) и строгих требований к углеводам (способным ферментировать только сахарозу , глюкозу и фруктозу ). Его обычно можно найти в элях, выдержанных в бочках, где для газирования пива используется сахар. Оптимальная температура роста — 25–30 °C.

Производство этанола

Zymomonas mobilis разлагает сахара до пирувата по пути Энтнера-Дудорова . Затем пируват ферментируется с образованием этанола и углекислого газа в качестве единственных продуктов (аналог дрожжей).

Преимущества Z. mobilis перед S. cerevisiae в отношении производства биоэтанола :

более высокое поглощение сахара и выход этанола (до 2,5 раз выше), ^{[ 3 ]}
снижение производства биомассы,
более высокая толерантность к этанолу до 16% (по объему), ^{[ 4 ]}
не требует контролируемого добавления кислорода во время ферментации,

Однако, несмотря на эти привлекательные преимущества, ряд факторов препятствует коммерческому использованию Z. mobilis в производстве целлюлозного этанола . Главным препятствием является то, что диапазон его субстратов ограничен глюкозой , фруктозой и сахарозой . дикого типа Z. mobilis не может ферментировать сахара C5, такие как ксилоза и арабиноза, которые являются важными компонентами лигноцеллюлозных гидролизатов. В отличие от E. coli и дрожжей, Z. mobilis не переносит токсичные ингибиторы, присутствующие в лигноцеллюлозных гидролизатах, такие как уксусная кислота и различные фенольные соединения. ^{[ 5 ]} Концентрация уксусной кислоты в лигноцеллюлозных гидролизатах может достигать 1,5% (мас./об.), что значительно превышает порог толерантности Z. mobilis .

Было предпринято несколько попыток спроектировать Z. mobilis , чтобы преодолеть присущие ему недостатки. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), США, внесла значительный вклад в расширение ассортимента своих субстратов, включив в него сахара C5, такие как ксилоза и арабиноза. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Штаммы Z. mobilis, устойчивые к уксусной кислоте , были созданы с помощью рациональной метаболической инженерии и методов мутагенеза. ^{[ 8 ]} или адаптивная мутация. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Однако когда эти сконструированные штаммы метаболизируют смешанные сахара в присутствии ингибиторов, выход и продуктивность значительно ниже, что препятствует их промышленному применению.

был использован обширный процесс адаптации Для улучшения ферментации ксилозы у Z. mobilis . ^{[ 9 ]} При адаптации штамма к высокой концентрации ксилозы произошли значительные изменения метаболизма. Одним из заметных изменений стало снижение уровня ксилита, побочного продукта ферментации ксилозы, который может ингибировать метаболизм ксилозы штамма. Одной из причин снижения производства ксилита была мутация предполагаемого гена, кодирующего альдокеторедуктазу, которая катализирует восстановление ксилозы до ксилита. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Интересной особенностью Z. mobilis является то, что его плазматическая мембрана содержит гопаноиды , пентациклические соединения, подобные эукариотическим стеролам . Это позволяет ему иметь исключительную толерантность к этанолу в окружающей среде, около 13%.

Zymomonas mobilis традиционно используется для приготовления пульке .

Геном

Геном штамма Z. mobilis ZM4 был секвенирован и содержит 2 056 416 пар оснований, кодирующих 1 998 генов, кодирующих белок. ^{[ 13 ]} Это показало, что Z. mobilis может метаболизировать глюкозу только по пути Энтнера-Дудорова и не способен использовать путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса .

Ссылки

^ Хёрдт, Антон; Лопес, Марина Гарсия; Мейер-Колтхофф, Ян П.; Шлейнинг, Марсель; Вайнхольд, Лиза-Мария; Тиндалл, Брайан Дж.; Гронов, Сабина; Кирпидес, Никос К.; Войке, Таня; Гёкер, Маркус (7 апреля 2020 г.). «Анализ более 1000 геномов типовых штаммов существенно улучшает таксономическую классификацию альфапротеобактерий» . Границы микробиологии . 11 : 468. дои : 10.3389/fmicb.2020.00468 . ПМЦ 7179689 . ПМИД 32373076 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Запись LPSN для Zymomonas
^ Роджерс П; Лук-порей; Скотницкий М; Племя Д (1982). Микробные реакции: Производство этанола Zymomonas mobilis . Нью-Йорк: Springer-Verlag. стр. 37–84. ISBN 978-3-540-11698-1 .
^ Качели, Дж; Де Лей, Дж (март 1977 г.). «Биология Зимомонады» . Бактериологические обзоры . 41 (1): 1–46. дои : 10.1128/ММБР.41.1.1-46.1977 . ПМК 413995 . ПМИД 16585 .
^ Доран-Петерсон, Джой; Кук, Дана М.; Брэндон, Сара К. (2008). «Микробная конверсия сахаров растительной биомассы в молочную кислоту или этанол». Заводской журнал . 54 (4): 582–592. дои : 10.1111/j.1365-313X.2008.03480.x . ПМИД 18476865 .
^ Чжан, М; Эдди, К; Деанда, К; Финкельштейн, М; Пикатаджо, С. (13 января 1995 г.). «Метаболическая инженерия пути метаболизма пентозы у этанологенной Zymomonas mobilis». Наука . 267 (5195): 240–3. Бибкод : 1995Sci...267..240Z . дои : 10.1126/science.267.5195.240 . ПМИД 17791346 . S2CID 30637280 .
^ Деанда, К; Чжан, М; Эдди, К; Пикатаджо, С (1996). «Разработка штамма Zymomonas mobilis, ферментирующего арабинозу, путем инженерии метаболического пути» . Прикладная и экологическая микробиология . 62 (12): 4465–70. дои : 10.1128/АЕМ.62.12.4465-4470.1996 . ПМК 168273 . ПМИД 8953718 .
^ Иоахимсталь, Эль; Роджерс, Польша (2000). «Характеристика высокопродуктивного рекомбинантного штамма Zymomonas mobilis для производства этанола из смесей глюкозы и ксилозы». Прикладная биохимия и биотехнология . 84–86 (1–9): 343–56. дои : 10.1385/абаб:84-86:1-9:343 . ПМИД 10849801 . S2CID 189906081 .
^ Jump up to: ^а ^б Агравал, Манодж; Мао, З; Чен, Р.Р. (2011). «Адаптация дает высокоэффективный штамм Zymomonas mobilis, ферментирующий ксилозу». Биотехнология и биоинженерия . 108 (4): 777–85. дои : 10.1002/бит.23021 . ПМИД 21404252 . S2CID 23075338 .
^ Чен, Рэйчел; Ван, Юн; Шин, Хён Дон; Агравал, Манодж; Мао, Цзычао (2009). «Штаммы Zymomonas mobilis для ферментации биомассы» . Заявка на патент США № 20090269797 .
^ Агравал, Манодж; Чен, Рэйчел Руйчжэнь (2011). «Открытие и характеристика ксилозоредуктазы Zymomonas mobilis ZM4». Биотехнологические письма . 33 (11): 2127–2133. дои : 10.1007/s10529-011-0677-6 . ПМИД 21720846 . S2CID 5724810 .
^ Чен, Рэйчел; Агравал М (2012). «Промышленное применение новой альдо/кеторедуктазы Zymomonas Mobilis » . Заявка на патент США 20120196342 .
^ Со, Чон Сон; Чонг, Хёнён; Пак, Хён Сок; Юн, Кён-О; Юнг, Чолхи; Ким, Джэ Джун; Хун, Джин Хан; Ким, Хёнтэ; Ким, Чон Хён; Кил, Джон-Ил; Пак, Чхоль Джу; О, Хён Мён; Ли, Юнг-Сун; Джин, Су-Юнг; Хм, Хе Вон; Ли, Хи Чон; О, Су-Джин; Ким, Джэ Ён; Кан, Хён Лион; Ли, Се Ён; Ли, Кай Джон; Канг, Хьен Сэм (январь 2005 г.). «Последовательность генома этанологенной бактерии Zymomonas mobilis ZM4» . Нат. Биотехнология . 23 (1): 63–8. дои : 10.1038/nbt1045 . ПМК 6870993 . ПМИД 15592456 .

Внешние ссылки

[Hördt-1] Хёрдт, Антон; Лопес, Марина Гарсия; Мейер-Колтхофф, Ян П.; Шлейнинг, Марсель; Вайнхольд, Лиза-Мария; Тиндалл, Брайан Дж.; Гронов, Сабина; Кирпидес, Никос К.; Войке, Таня; Гёкер, Маркус (7 апреля 2020 г.). «Анализ более 1000 геномов типовых штаммов существенно улучшает таксономическую классификацию альфапротеобактерий» . Границы микробиологии . 11 : 468. дои : 10.3389/fmicb.2020.00468 . ПМЦ 7179689 . ПМИД 32373076 .

[LPSN-2] Jump up to: ^а ^б ^с Запись LPSN для Zymomonas

[3] Роджерс П; Лук-порей; Скотницкий М; Племя Д (1982). Микробные реакции: Производство этанола Zymomonas mobilis . Нью-Йорк: Springer-Verlag. стр. 37–84. ISBN 978-3-540-11698-1 .

[4] Качели, Дж; Де Лей, Дж (март 1977 г.). «Биология Зимомонады» . Бактериологические обзоры . 41 (1): 1–46. дои : 10.1128/ММБР.41.1.1-46.1977 . ПМК 413995 . ПМИД 16585 .

[5] Доран-Петерсон, Джой; Кук, Дана М.; Брэндон, Сара К. (2008). «Микробная конверсия сахаров растительной биомассы в молочную кислоту или этанол». Заводской журнал . 54 (4): 582–592. дои : 10.1111/j.1365-313X.2008.03480.x . ПМИД 18476865 .

[Zhang_Science_Paper_1995-6] Чжан, М; Эдди, К; Деанда, К; Финкельштейн, М; Пикатаджо, С. (13 января 1995 г.). «Метаболическая инженерия пути метаболизма пентозы у этанологенной Zymomonas mobilis». Наука . 267 (5195): 240–3. Бибкод : 1995Sci...267..240Z . дои : 10.1126/science.267.5195.240 . ПМИД 17791346 . S2CID 30637280 .

[7] Деанда, К; Чжан, М; Эдди, К; Пикатаджо, С (1996). «Разработка штамма Zymomonas mobilis, ферментирующего арабинозу, путем инженерии метаболического пути» . Прикладная и экологическая микробиология . 62 (12): 4465–70. дои : 10.1128/АЕМ.62.12.4465-4470.1996 . ПМК 168273 . ПМИД 8953718 .

[8] Иоахимсталь, Эль; Роджерс, Польша (2000). «Характеристика высокопродуктивного рекомбинантного штамма Zymomonas mobilis для производства этанола из смесей глюкозы и ксилозы». Прикладная биохимия и биотехнология . 84–86 (1–9): 343–56. дои : 10.1385/абаб:84-86:1-9:343 . ПМИД 10849801 . S2CID 189906081 .

[Agrawal_2011_777–85-9] Jump up to: ^а ^б Агравал, Манодж; Мао, З; Чен, Р.Р. (2011). «Адаптация дает высокоэффективный штамм Zymomonas mobilis, ферментирующий ксилозу». Биотехнология и биоинженерия . 108 (4): 777–85. дои : 10.1002/бит.23021 . ПМИД 21404252 . S2CID 23075338 .

[10] Чен, Рэйчел; Ван, Юн; Шин, Хён Дон; Агравал, Манодж; Мао, Цзычао (2009). «Штаммы Zymomonas mobilis для ферментации биомассы» . Заявка на патент США № 20090269797 .

[Discovery_of_xylose_reductase-11] Агравал, Манодж; Чен, Рэйчел Руйчжэнь (2011). «Открытие и характеристика ксилозоредуктазы Zymomonas mobilis ZM4». Биотехнологические письма . 33 (11): 2127–2133. дои : 10.1007/s10529-011-0677-6 . ПМИД 21720846 . S2CID 5724810 .

[Patent_industrial_applications_novel_aldo-keto_reductase-12] Чен, Рэйчел; Агравал М (2012). «Промышленное применение новой альдо/кеторедуктазы Zymomonas Mobilis » . Заявка на патент США 20120196342 .

[13] Со, Чон Сон; Чонг, Хёнён; Пак, Хён Сок; Юн, Кён-О; Юнг, Чолхи; Ким, Джэ Джун; Хун, Джин Хан; Ким, Хёнтэ; Ким, Чон Хён; Кил, Джон-Ил; Пак, Чхоль Джу; О, Хён Мён; Ли, Юнг-Сун; Джин, Су-Юнг; Хм, Хе Вон; Ли, Хи Чон; О, Су-Джин; Ким, Джэ Ён; Кан, Хён Лион; Ли, Се Ён; Ли, Кай Джон; Канг, Хьен Сэм (январь 2005 г.). «Последовательность генома этанологенной бактерии Zymomonas mobilis ZM4» . Нат. Биотехнология . 23 (1): 63–8. дои : 10.1038/nbt1045 . ПМК 6870993 . ПМИД 15592456 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]