Eine modifizierte Saccharomyces cerevisiae-Stamm, der l-Arabinose konsumiert und Ethanol produziert

Die metabolische Ingenieurwissenschaft ist eine leistungsstarke Methode zur Verbesserung, Umleitung oder Generierung neuer Stoffwechselreaktionen oder ganzer Stoffwechselwege in Mikroorganismen. Hier beschreiben wir die Entwicklung eines Saccharomyces cerevisiae-Stamms, der in der Lage ist, den Pentozucker L-Arabinose für das Wachstum zu nutzen und ihn zu Ethanol zu fermentieren. Die Erweiterung des Substratfermentationsspektrums von S. cerevisiae um Pentosen ist wichtig für die Nutzung dieser Hefe in wirtschaftlich tragfähigen Biomasse-zu-Ethanol-Fermentationsprozessen. Nach der Überexpression eines bakteriellen L-Arabinose-Nutzungsweges, der aus Bacillus subtilis AraA und Escherichia coli AraB und AraD besteht, sowie einer gleichzeitigen Überexpression des L-Arabinose-transportierenden Hefe-Galaktose-Permease konnten wir einen L-Arabinose-nutzenden Hefestamm durch sequenziellen Transfer in L-Arabinose-Medien auswählen. Molekulare Analysen dieses Stamms, einschließlich DNA-Mikroarray, zeigten, dass die entscheidende Voraussetzung für die effiziente Nutzung von L-Arabinose eine verringerte Aktivität der L-Ribulokinase ist. Darüber hinaus begünstigen hohe L-Arabinose-Aufnahmeraten und verbesserte Transaldolase-Aktivitäten die Nutzung von L-Arabinose. Mit einer Verdopplungszeit von etwa 7,9 h in einem Medium mit L-Arabinose als alleiniger Kohlenstoffquelle, einer Ethanolproduktionsrate von 0,06 bis 0,08 g Ethanol pro g (Trockenmasse). h(-1) unter sauerstofflimitierenden Bedingungen und hohen Ethanolausbeuten sollte dieser Hefestamm nützlich für die effiziente Fermentation von Hexosen und Pentosen in cellulosischen Biomasse-Hydrolysaten sein.