Zymomonas mobilis

Zymomonas mobilis
Научная классификация
Домен:	Бактерии
Филум:	Pseudomonadota
Сорт:	Alphaproteobacteria
Заказ:	Sphingomonadales
Семья:	Zymomonadaceae ; Hördt et al . 2020
Род:	Zymomonas ; Клуйвер и Ван Ниль 1936 (утвержденные списки 1980)
Разновидность:	Z. Mobilis
Биномиальное название
	Zymomonas mobilis ; (Lindner 1928) De Ley and Swings 1976
Подвид
	Zymomonas Mobile Subsp. Francisco Coton et al . 2006 ; Zymomonas mobilis subsp. Mobilis (Lindner 1928) de Ley and Swings 1976 ; Zymomonas mobilis subsp. Pomaceae (Millis 1956) de Ley and Swings 1976 ;
Синонимы
	Achromobacter anaerobium [ sic ] Shimwell 1937 ; Pseudomonas Lindneri Kluyver and Hoppenbrouwers 1931 ; Saccharomonas Lindneri (Kluyver and Hoppenbrouwers 1931) Shimwell 1950 ; Thermobacterium mobile Lindner 1928 ; Zymomonas Anaerobia (Shimwell 1937) Kluyver 1957 ; Zymomonas Mobile [ sic ] (Lindner 1928) Kluyver and Van Niel 1936 ;

Zymomonas Mobilis -это грамогативная , факультативная анаэробная , не спорулирующая, полярно-заношенная бактерия в форме стержня. Это единственный вид, обнаруженный в роде Zymomonas . ^{[ 2 ]} Он обладает известными биоэтанола способностями , которые превосходят дрожжи в некоторых аспектах. Первоначально он был изолирован от алкогольных напитков, таких как африканское пальмовое вино, мексиканское пулька , а также как загрязняющий ветер сидра и пива (сидра и порча пива) в европейских странах.

Пиво портит

Zymomonas -нежелательные бактерии для воды в пиве , создавая вкус эфирного и сульфури из-за производства ацетальдегида и серо водорода . Это можно сравнить с гнилым запахом яблока или фруктовым запахом. Zymomonas не сообщались в пивоваренных заводах Lager из -за низких температур (8–12 ° C) и строгих требований к углеводам (способно для ферментации только сахарозы , глюкозы и фруктозы ). Он обычно встречается в элях с кондиционированным бочками, где для карбонизации пива используется заполнение сахара. Оптимальная температура роста составляет от 25 до 30 ° C.

Производство этанола

Zymomonas Mobilis разлагает сахар в пируват с помощью пути Entner -Doudoroff . Затем пируват ферментируют для получения этанола и углекислого газа в качестве единственных продуктов (аналогично дрожжам).

Преимущества Z. mobilis по сравнению с S. cerevisiae в отношении производства биоэтанола :

более высокое поглощение сахара и урожай этанола (до 2,5 раза выше), ^{[ 3 ]}
более низкая выработка биомассы,
более высокая толерантность к этанолу до 16% (об./Об.), ^{[ 4 ]}
не требует контролируемого добавления кислорода во время ферментации,

Однако, несмотря на эти привлекательные преимущества, несколько факторов предотвращают коммерческое использование Z. Mobilis в производстве целлюлозного этанола . Основным препятствием является то, что его диапазон субстратов ограничен глюкозой , фруктозой и сахарозой . дикого типа Z. Мобилис 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 может терпеть токсичных ингибиторов, присутствующих в лигноцеллюлозных гидролизатах, таких как уксусная кислота и различные фенольные соединения. ^{[ 5 ]} Концентрация уксусной кислоты в лигноцеллюлозных гидролизатах может достигать 1,5% (мас./Об.), Что значительно выше порога толерантности Z. Mobilis .

Было предпринято несколько попыток инженера Z. Mobilis , чтобы преодолеть его неотъемлемые недостатки. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), США, внесла значительный вклад в расширение диапазона субстрата, чтобы включить сахара C5, такие как ксилоза и арабиноза. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Устойчивые к устойчивому кислоте штаммы Z. Mobilis были разработаны с помощью рациональной метаболической инженерии, методов мутагенеза ^{[ 8 ]} или адаптивная мутация. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Однако, когда эти инженерные штаммы метаболизируют смешанные сахары в присутствии ингибиторов, урожайность и производительность намного ниже, что предотвращает их промышленное применение.

Обширный процесс адаптации использовался для улучшения ферментации ксилозы в Z. Mobilis . ^{[ 9 ]} Адаптируя штамм в высокой концентрации ксилозы, произошли значительные изменения метаболизма. Одним из заметных изменений были сниженные уровни ксилитола, побочный продукт ксилозной ферментации, который может ингибировать метаболизм ксилозы штамма. Одной из причин более низкой продукции ксилитола была мутация в предполагаемом гене, кодирующем для альдо-кето редуктазы, которая катализирует восстановление ксилозы до ксилола. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Интересной характеристикой Z. Mobilis является то, что ее плазматическая мембрана содержит хомеоиды , пентациклические соединения, сходные с эукариотическими стеролами . Это позволяет иметь необычайную терпимость к этанолу в окружающей среде, около 13%.

Zymomonas Mobilis традиционно используется для изготовления пульке .

Геном

Геном Z. штамма Mobilis ZM4 был секвенирован и содержит 2 056,416 п.н., кодирующие 1998 генов кодирующих белков. ^{[ 13 ]} Это показало, что Z. Mobilis может метаболизировать глюкозу только через путь Entner -Doudoroff и не может использовать путь Embden -Meyerhof -Parnas .

Ссылки

^ Hördt, Антон; Лопес, Марина Гарсия; Meier-Kolthoff, Jan P.; Шлеунинг, Марсель; Вейнхольд, Лиза-Мария; Тиндалл, Брайан Дж.; Гронова, Сабина; Kyrpides, Nikos C.; Войке, Танджа; Гекер, Маркус (7 апреля 2020 года). «Анализ 1000+ геномов деформации типа существенно улучшает таксономическую классификацию альфапротеобактерий» . Границы в микробиологии . 11 : 468. doi : 10.3389/fmicb.2020.00468 . PMC 7179689 . PMID 32373076 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Вход LPSN для Zymomonas
^ Роджерс П; Лук-порей; Skotnicki M; Племя D (1982). Микробные реакции: продукция этанола Zymomonas Mobilis . Нью-Йорк: Springer-Verlag. С. 37–84. ISBN 978-3-540-11698-1 .
^ Качели, j; Де Лей, J (март 1977 г.). «Биология Zymomonas» . Бактериологические обзоры . 41 (1): 1–46. doi : 10.1128/mmbr.41.1.1-46.1977 . PMC 413995 . PMID 16585 .
^ Доран-Петерсон, радость; Кук, Дана М.; Брэндон, Сара К. (2008). «Микробное превращение сахаров из биомассы растений в молочную кислоту или этанол». Заводский журнал . 54 (4): 582–592. doi : 10.1111/j.1365-313x.2008.03480.x . PMID 18476865 .
^ Чжан, м; Эдди, c; Деанда, К; Finkelstein, M; Picataggio, S (13 января 1995 г.). «Метаболическая инженерия пути метаболизма пентозного метаболизма в этанологенском Zymomonas mobilis». Наука . 267 (5195): 240–3. Bibcode : 1995sci ... 267..240Z . doi : 10.1126/science.267.5195.240 . PMID 17791346 . S2CID 30637280 .
^ Деанда, К; Чжан, м; Эдди, c; Picataggio, S (1996). «Разработка арабинозной педагогической штамм Zymomonas Mobilis с помощью метаболического пути инженерии» . Прикладная и экологическая микробиология . 62 (12): 4465–70. doi : 10.1128/aem.62.12.4465-4470.1996 . PMC 168273 . PMID 8953718 .
^ Joachimshal, El; Роджерс, PL (2000). «Характеристика высокопроизводительности рекомбинантного штамма Zymomonas Mobilis для выработки этанола из смесей глюкозы/ксилозы». Прикладная биохимия и биотехнология . 84–86 (1–9): 343–56. doi : 10.1385/Abab: 84-86: 1-9: 343 . PMID 10849801 . S2CID 189906081 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Агравал, Манодж; Мао, Z; Чен, RR (2011). «Адаптация дает высокоэффективную ксилозу-педагогическую плюс Zymomonas Mobilis». Биотехнология и биоинженерия . 108 (4): 777–85. doi : 10.1002/bit.23021 . PMID 21404252 . S2CID 23075338 .
^ Чен, Рэйчел; Ван, Юн; Шин, Хён-Донг; Агравал, Манодж; Мао, Зичао (2009). «Штаммы Zymomonas mobilis для ферментации биомассы» . Заявка на патент США № 20090269797 .
^ Агравал, Манодж; Чен, Рэйчел Руижэн (2011). «Открытие и характеристика ксилозо -редуктазы из Zymomonas mobilis Zm4». Биотехнологические письма . 33 (11): 2127–2133. doi : 10.1007/s10529-011-0677-6 . PMID 21720846 . S2CID 5724810 .
^ Чен, Рэйчел; Agrawal M (2012). «Промышленные применения новой Aldo/Keto Reductase of Zymomonas Mobilis » . Заявка на патент США 20120196342 .
^ Сео, Чон-Сун; Чонг, Hyonyong; Парк, Хён Сьюк; Yone, Kyoung-oh; Юнг, Чхехи; Ким, Чже Джун; Хонг, Джин Хан; Ким, Хёнж; Ким, Чон-Хён; Кил, Джун-ил; Парк, Чеол Еврей; О, Хён-Мёнг; Ли, Юнг-сун; Джин, Су-Юнг; Хм, Хе-Вон; Ли, Хи-Джонг; О, Су-джин; Ким, Чже Янг; Кан, Хен Люн; Ли, S Yong; Ли, Кай Джун; Там, Хен Сэм (январь 2005 г.). Zymmonas mobilis zm4 НАТ Биотехнол 23 (1): 63–8 Do : 10.1038/ nbt1045 6870993PMC PMID 15592456

Внешние ссылки

[Hördt-1] Hördt, Антон; Лопес, Марина Гарсия; Meier-Kolthoff, Jan P.; Шлеунинг, Марсель; Вейнхольд, Лиза-Мария; Тиндалл, Брайан Дж.; Гронова, Сабина; Kyrpides, Nikos C.; Войке, Танджа; Гекер, Маркус (7 апреля 2020 года). «Анализ 1000+ геномов деформации типа существенно улучшает таксономическую классификацию альфапротеобактерий» . Границы в микробиологии . 11 : 468. doi : 10.3389/fmicb.2020.00468 . PMC 7179689 . PMID 32373076 .

[LPSN-2] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Вход LPSN для Zymomonas

[3] Роджерс П; Лук-порей; Skotnicki M; Племя D (1982). Микробные реакции: продукция этанола Zymomonas Mobilis . Нью-Йорк: Springer-Verlag. С. 37–84. ISBN 978-3-540-11698-1 .

[4] Качели, j; Де Лей, J (март 1977 г.). «Биология Zymomonas» . Бактериологические обзоры . 41 (1): 1–46. doi : 10.1128/mmbr.41.1.1-46.1977 . PMC 413995 . PMID 16585 .

[5] Доран-Петерсон, радость; Кук, Дана М.; Брэндон, Сара К. (2008). «Микробное превращение сахаров из биомассы растений в молочную кислоту или этанол». Заводский журнал . 54 (4): 582–592. doi : 10.1111/j.1365-313x.2008.03480.x . PMID 18476865 .

[Zhang_Science_Paper_1995-6] Чжан, м; Эдди, c; Деанда, К; Finkelstein, M; Picataggio, S (13 января 1995 г.). «Метаболическая инженерия пути метаболизма пентозного метаболизма в этанологенском Zymomonas mobilis». Наука . 267 (5195): 240–3. Bibcode : 1995sci ... 267..240Z . doi : 10.1126/science.267.5195.240 . PMID 17791346 . S2CID 30637280 .

[7] Деанда, К; Чжан, м; Эдди, c; Picataggio, S (1996). «Разработка арабинозной педагогической штамм Zymomonas Mobilis с помощью метаболического пути инженерии» . Прикладная и экологическая микробиология . 62 (12): 4465–70. doi : 10.1128/aem.62.12.4465-4470.1996 . PMC 168273 . PMID 8953718 .

[8] Joachimshal, El; Роджерс, PL (2000). «Характеристика высокопроизводительности рекомбинантного штамма Zymomonas Mobilis для выработки этанола из смесей глюкозы/ксилозы». Прикладная биохимия и биотехнология . 84–86 (1–9): 343–56. doi : 10.1385/Abab: 84-86: 1-9: 343 . PMID 10849801 . S2CID 189906081 .

[Agrawal_2011_777–85-9] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Агравал, Манодж; Мао, Z; Чен, RR (2011). «Адаптация дает высокоэффективную ксилозу-педагогическую плюс Zymomonas Mobilis». Биотехнология и биоинженерия . 108 (4): 777–85. doi : 10.1002/bit.23021 . PMID 21404252 . S2CID 23075338 .

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

[Discovery_of_xylose_reductase-11] Агравал, Манодж; Чен, Рэйчел Руижэн (2011). «Открытие и характеристика ксилозо -редуктазы из Zymomonas mobilis Zm4». Биотехнологические письма . 33 (11): 2127–2133. doi : 10.1007/s10529-011-0677-6 . PMID 21720846 . S2CID 5724810 .

[Patent_industrial_applications_novel_aldo-keto_reductase-12] Чен, Рэйчел; Agrawal M (2012). «Промышленные применения новой Aldo/Keto Reductase of Zymomonas Mobilis » . Заявка на патент США 20120196342 .

[13] Сео, Чон-Сун; Чонг, Hyonyong; Парк, Хён Сьюк; Yone, Kyoung-oh; Юнг, Чхехи; Ким, Чже Джун; Хонг, Джин Хан; Ким, Хёнж; Ким, Чон-Хён; Кил, Джун-ил; Парк, Чеол Еврей; О, Хён-Мёнг; Ли, Юнг-сун; Джин, Су-Юнг; Хм, Хе-Вон; Ли, Хи-Джонг; О, Су-джин; Ким, Чже Янг; Кан, Хен Люн; Ли, S Yong; Ли, Кай Джун; Там, Хен Сэм (январь 2005 г.). Zymmonas mobilis zm4 НАТ Биотехнол 23 (1): 63–8 Do : 10.1038/ nbt1045 6870993PMC PMID 15592456

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]