Engineered yeast tolerance enables efficient production from toxified lignocellulosic feedstocks.
Engineered yeast tolerance enables efficient production from toxified lignocellulosic feedstocks.
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工程酵母的耐受性可以从造成的木质纤维素原料中有效产生。
DOI：
10.1126/sciadv.abf7613
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发表时间：
2021-06
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Stephanopoulos G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lam FH;Turanlı-Yıldız B;Liu D;Resch MG;Fink GR;Stephanopoulos G
合理设计的耐受性使各种原料和生物制品的广泛有效的木质纤维发酵成为可能。由于分解过程中的挑战及其水解物对发酵微生物的毒性，木质纤维生物质仍未被用于生产可再生燃料和化学品。在这里，我们在酿酒酵母中展示了工程化的醛减少和提高的胞外钾和pH足以使负载抑制剂的原料和不含抑制剂的原料之间的产量接近相等。通过专门针对通用的水解物抑制剂，单个菌株被增强以耐受多种高度有毒的真正原料，并持续实现工业规模的效价(中毒时纤维素乙醇为每升100克)。此外，功能正交、重量轻的设计可以无缝转移到现有的代谢工程底盘菌株：我们赋予消耗木糖的菌株和生产可生物降解塑料前体乳酸的菌株完全的多原料耐受性。“即插即用”的水解物能力的展示使具有成本效益的大规模生物质利用纤维素燃料和非燃料产品的潜力成为可能。
Rationally engineered tolerance enables broadly efficient lignocellulosic fermentation of diverse feedstocks and bioproducts. Lignocellulosic biomass remains unharnessed for the production of renewable fuels and chemicals due to challenges in deconstruction and the toxicity its hydrolysates pose to fermentation microorganisms. Here, we show in Saccharomyces cerevisiae that engineered aldehyde reduction and elevated extracellular potassium and pH are sufficient to enable near-parity production between inhibitor-laden and inhibitor-free feedstocks. By specifically targeting the universal hydrolysate inhibitors, a single strain is enhanced to tolerate a broad diversity of highly toxified genuine feedstocks and consistently achieve industrial-scale titers (cellulosic ethanol of >100 grams per liter when toxified). Furthermore, a functionally orthogonal, lightweight design enables seamless transferability to existing metabolically engineered chassis strains: We endow full, multifeedstock tolerance on a xylose-consuming strain and one producing the biodegradable plastics precursor lactic acid. The demonstration of “drop-in” hydrolysate competence enables the potential of cost-effective, at-scale biomass utilization for cellulosic fuel and nonfuel products alike.
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