К слайду 16.

К слайду 16.

3. Адаптация штаммов к ингибиторам: это способность микроорганизмов расти в лигноцеллюлозных гидролизатах.

Они могут повысить устойчивость к фенольным соединениям, фуральдегидам и алифатическим кислотам и высоким температурам.

К слайду 17.Есть пример адаптации клеток к высокой температуре. Из исходного штамма мы инокулируем при 30 °C. Берут клетки из этих условий и инокулируют при более высокой температуре. Мы отбираем последовательные образцы, пока не получим клетки, способные расти при 40 °C. Это полезно при ферментативном гидролизе.

К слайду 18.Есть еще один пример адаптации штамма к ингибиторам. Адаптация начинается со скрининга клеток, которые растут при различных концентрациях ингибиторов в твердой среде от 0 до 100%. Затем отбирается лучший рост клеток и инокулируется жидкая среда с различной концентрацией гидролизата. Наконец, напряжение берется из лучших результатов. Полученные клетки адаптированы для роста при заданной концентрации ингибиторов.

К слайду 19.Гидролизаты, полученные в процессе гидролиза, которые позже будут ферментированы до этанола, обладают особыми характеристиками. У них низкая концентрация глюкозы, потому что целлюлоза не была эффективно преобразована в простые сахара. Но есть производство пентоз, потому что гемилцеллюлоза превратилась в гексозы и пентозы. Из-за этого образуется большое количество пентоз.

К слайду 20.Теперь нам нужно найти микроорганизм, который может превращать сахара в этанол. Существуют некоторые существенные требования к микроорганизмам, используемым в производстве этанола. Для получения высокого выхода этанола и продуктивности дрожжи должны потреблять все сахара из среды. Если образование побочных продуктов невелико, то микроорганизмы производят только этанол и диоксид углерода. В процессе ферментации концентрация этанола в среде увеличивается, затем микроорганизмы должны переносить эту концентрацию и продолжать производить этанол.

К слайду 21.Мы увидели основные требования к микроорганизмам во время ферментации, а теперь давайте рассмотрим желаемые требования к микроорганизмам, которые могут быть использованы для преобразования лигноцеллюлозных материалов в этанол. Как вы знаете, лигноцеллюлозные гидролизаты содержат не только глюкозу, но и ксилозу. А микроорганизмы должны усваивать все виды сахаров. Мы также желаем разложения всей целлюлозы и гемицеллюлозы, чтобы получить максимальное количество сахаров. Используемый микроорганизм должен рассматриваться как безопасный, то есть не быть патогенным. Также желательно быть прочным (большой размер ячеек). Иметь способность ферментировать при низком pH и анаэробно (производить этанол, а не биомассу). Наконец, ферментация - это экзотермический процесс, при котором происходит выделение тепла и повышается температура, и микроорганизмы должны продолжать производить этанол.

К слайду 22.Saccharomyces cerevisiaeвыполняет большинство этих требований, за исключением использования ксилозы. Эти дрожжи могут расти в анаэробных условиях при низком pH. Они могут сбраживать глюкозу, но не ксилозу.

К слайду 23.Есть и другие дрожжи, которые могут использовать ксилозу. Но у этой группы микроорганизмов есть недостатки: дрожжи нуждаются в аэрации. Они чувствительны к ингибиторам, образующимся во время предварительной обработки, они могут ингибировать процесс ферментации и возможно образование ксилита. У грибов низкая урожайность. Они не могут использовать все количество ксилозы в среде. Наконец, бактерии могут производить смесь кислот. Им нужен pH около 7, и они могут вызвать инфекцию во время процесса.

Если мы проанализируем эти примеры, мы увидим, что невозможно использовать один из этих микроорганизмов отдельно. Один из них требует аэрации, другой имеет низкую продуктивность и бактерии могут вызвать инфекцию. Затем необходимо получить один микроорганизм, который эффективно превращает ксилозу в этанол.

К слайду 24.Исследователи пытались получить рекомбинантный S. cerevisiae, использующий ксилозу. Можно ввести в дрожжи ген из бактерий, кодирующий ксилозоизомеразу (XI), фермент, способный напрямую преобразовывать ксилозу в ксилулозу, и, наконец, дрожжи превращают ксилулозу в этанол.

К слайду 25.Есть и другой способ производства этанола. Формируются другие рекомбинантные дрожжи, вводя в дрожжи ген, кодирующий ксилозоредуктазу (XR), для преобразования ксилозы в ксилит. А введя ген, кодирующий ксилитолдегидрогеназу (XDH), ксилит можно превратить в этанол. Использование этих штаммов является методом преодоления проблемы ингибирования.

К слайду 26.В результате мы получаем дрожжи, способные утилизировать ксилозу, вырабатывать и переносить этанол, а также расти в присутствии ингибиторов.

К слайду 27.Наконец, проблема с лигноцеллюлозными материалами решена. И их можно использовать для производства этанола.

К слайду 28.Как видите, мы уже можем производить этанол из лигноцеллюлозного материала, следуя этим этапам. Конечно, этот процесс не оптимизирован. Необходимо усовершенствовать процесс, но в целом эти шаги являются наиболее важными.

Таким образом, лигноцеллюлозные материалы, которые будут использоваться в производстве этанола, были предварительно обработаны для облегчения процесса гидролиза и отделения необходимых сахаров для ферментации. К наиболее широко используемым видам предварительной обработки относятся паровой взрыв и мокрое окисление. В случае гидролиза мы анализируем кислотный гидролиз и ферментативный гидролиз.

Кроме того, в результате жестких условий использованной предварительной обработки также было необходимо применять стратегии, которые сводят к минимуму образующиеся побочные продукты, которые позже влияют на процесс ферментации. Среди них были проанализированы детоксикация и метаболическая инженерия.

Затем проводят стадию ферментации с должным образом отрегулированным лигноцеллюлозным гидролизатом и подходящим микроорганизмом.

Наконец, ферментационный бульон подвергают процессу дистилляции и получают этанол.

К слайду 29.Вот вам схематическое изображение всего цикла производства этанола. Этот цикл суммирует экологическую важность использования топливного этанола. CO₂, образующийся в результате сгорания этанола, не уходит в атмосферу, он будет использоваться растениями для фотосинтеза и не будет способствовать парниковому эффекту.

К слайду 30.Контрольные вопросы

К слайду 31.Предлагаемая литература

Мы закончили лекции по биотехнологии. Помните, что мы проанализировали только некоторые важные темы в этой области. Как вы знаете, биотехнология включает в себя широкий спектр важных методов, которые можно применять во всех сферах жизни, например, в медицине. Биотехнология играет важную роль в лечении коронавирусной болезни и борьбе с ней. Например, вакцина, предназначенная для уменьшения негативных последствий болезни, стала возможной благодаря биотехнологическим применениям.

Итак, я надеюсь, что вы поняли, по крайней мере, общую идею всех тем, и позже вы должны прочитать о них больше.

К слайду 32.Cпасибо за ваше внимание!И извините меня, если что-то не так.

⇐ Предыдущая 12