Zymomonas mobilis

Zymomonas mobilis és un bacteri del gènere Zymomonas. que destaca per la seva capacitat de producció de bioetanol, que sobrepassen el llevat en alguns aspectes. Originalment va ser aïllat de les begudes alcohòliques com el vi de palma africà, el pulque mexicà, i també com a contaminant de la sidra i la cervesa als països europeus.

Infotaula d'ésser viuZymomonas mobilis Modifica el valor a Wikidata
Dades
Tinció de Gramgramnegatiu Modifica el valor a Wikidata
Taxonomia
Super-regneProkaryota
RegneBacteria
FílumProteobacteria
ClasseAlphaproteobacteria
OrdreSphingomonadales
FamíliaSphingomonadaceae
GènereZymomonas
EspècieZymomonas mobilis Modifica el valor a Wikidata

Una característica interessant de Z. mobilis és que la seva membrana plasmàtica conté hopanoides, compostos pentacíclics similars als esterols eucariotes. Això li permet tenir una extraordinària tolerància a l'etanol en el seu ambient, al voltant del 13%. El genoma de la soca ZM4 de Z. mobilis ha estat seqüenciat i conté 2.056.416 pb que inclou 1.998 gens que codifiquen proteïnes.[1] Això revelar que Z. mobilis només pot metabolitzar la glucosa a través de la via d'Entner-Doudoroff i no és capaç d'utilitzar la via d'Embden-Meyerhof-Parnas.

Producció d'etanolModifica

Z. mobilis degrada sucres a piruvat utilitzant la via d'Entner-Doudoroff. El piruvat és fermentat produint etanol i diòxid de carboni com a únics productes (anàlogament al llevat). Els avantatges de Z. mobilis per davant de S. cerevisiae pel que fa a la producció de bioetanol són:

  • Una major absorció de sucre i de rendiment d'etanol (fins a 2,5 vegades més alta),[2]
  • Una inferior producció de biomassa,
  • Una major tolerància a l'etanol de fins al 16% (v/v),[3]
  • no requereix l'addició controlada d'oxigen durant la fermentació,
  • susceptibilitat a les manipulacions genètiques.

No obstant això, tot i aquests atractius avantatges, diversos factors impedeixen que l'ús comercial de Z. mobilis en la producció d'etanol cel·lulòsic. L'obstacle més important és que la seva gamma de substrat es limita a la glucosa, la fructosa i la sacarosa. Z. mobilis d'origen natural no pot fermentar sucres C5 com la xilosa i l'arabinosa que són components importants dels hidrolitzats lignocel·lulòsics. A diferència d'E. coli i els llevats, Z. mobilis no pot tolerar els inhibidors tòxics presents en els hidrolitzats lignocel·lulòsics com ara l'àcid acètic i diversos compostos fenòlics.[4] La concentració d'àcid acètic en hidrolitzats lignocel·lulòsics pot arribar a ser de l'1,5% (v/v), que està molt per sobre del llindar de tolerància de Z. mobilis.

S'han fet diversos intents per dissenyar de Z. mobilis per superar les seves deficiències inherents. El National Renewable Energy Laboratory (NREL) dels EUA ha fet aportacions significatives en l'ampliació de la seva gamma de substrats per incloure sucres C5 com la xilosa i l'arabinosa.[5][6] S'han desenvolupat soques de Z. mobilis resistents a l'àcid acètic emprant l'enginyeria metabòlica, tècniques de mutagènesi [7] o mutació adaptativa.[8][9] No obstant això, quan aquests soques modificades metabolitzen sucres mixtes en presència d'inhibidors, el rendiment i la productivitat són molt més baixos, evitant d'aquesta manera la seva aplicació industrial.

Es va utilitzar un extens procés d'adaptació per millorar la fermentació de xilosa en Z. mobilis.[8] Mitjançant l'adaptació d'una soca en una alta concentració de xilosa, es van produir alteracions significatives del metabolisme. Un canvi notable reduí els nivells de xilitol, un subproducte de la fermentació de la xilosa que pot inhibir el metabolisme de la xilosa de la soca. Una de les raons per a la producció de xilitol era inferior mutació en un gen que codifica per una suposada aldo-ceto reductasa que catalitza la reducció de xilosa a xilitol.[10][11]

ReferènciesModifica

  1. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15592456
  2. Rogers P; Lee K, Skotnicki M, Tribe D. Microbial reactions: Ethanol Production by Zymomonas mobilis. Nova York: Spinger-Verlag, 1982, p. 37–84. ISBN 978-3-540-11698-1. 
  3. Swings, J; De Ley, J «The biology of Zymomonas». Bacteriological reviews, 41, 1, març 1977, pàg. 1–46. PMC: 413995. PMID: 16585.
  4. Doran-Peterson, Joy; Cook, Dana M.; Brandon, Sarah K. «Microbial conversion of sugars from plant biomass to lactic acid or ethanol». The Plant Journal, 54, 4, pàg. 582–592. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2008.03480.x.
  5. Zhang, M; Eddy, C; Deanda, K; Finkelstein, M; Picataggio, S «Metabolic Engineering of a Pentose Metabolism Pathway in Ethanologenic Zymomonas mobilis.». Science, 267, 5195, Jan 13, 1995, pàg. 240–3. DOI: 10.1126/science.267.5195.240. PMID: 17791346.
  6. Deanda, K; Zhang, M; Eddy, C; Picataggio, S «Development of an arabinose-fermenting Zymomonas mobilis strain by metabolic pathway engineering.». Applied and environmental microbiology, 62, 12, 1996, pàg. 4465–70. PMC: 168273. PMID: 8953718.
  7. Joachimsthal, E L; Rogers, PL «Characterization of a high-productivity recombinant strain of Zymomonas mobilis for ethanol production from glucose/xylose mixtures.». Applied biochemistry and biotechnology, 84-86, 2000, pàg. 343–56. PMID: 10849801.
  8. 8,0 8,1 Agrawal, Manoj; Mao, Z; Chen, RR «Adaptation yields a highly efficient xylose-fermenting Zymomonas mobilis strain». Biotechnology and Bioengineering, 108, 4, 2011, pàg. 777–85. DOI: 10.1002/bit.23021. PMID: 21404252.
  9. Chen, Rachel; Wang, Yun; Shin, Hyun-dong; Agrawal, Manoj; Mao, Zichao «Strains of Zymomonas mobilis for fermentation of biomass». US Patent Application no. 20090269797, 2009.
  10. Agrawal, Manoj; Chen, Rachel Ruizhen «Discovery and characterization of a xylose reductase from Zymomonas mobilis ZM4». Biotechnology Letters, 33, 11, 2011, pàg. 2127–2133. DOI: 10.1007/s10529-011-0677-6.
  11. Chen, Rachel; Agrawal M «Industrial Applications of A Novel Aldo/Keto Reductase Of Zymomonas Mobilis». US Patent Application 20120196342, 2012.

Enllaços externsModifica