工程全方位细胞酶用于生物乙醇生产
Minghui Wang1, Haiyang Cui2, Chenlei Gu1
1School of Food Science and Pharmaceutical Engineering, Nanjing Normal University, No. 2 Xuelin Road, Nanjing 210097, China.
ACS synthetic biology
|July 5, 2023
概括
工程细胞酶变体通过克服乙醇抑制来显著提高生物乙醇生产. 这种蛋白质工程方法提高了酶稳定性和催化效率,提高了生物燃料产量.
科学领域:
- 生物技术是生物技术.
- 生物能源工程 生物能源工程
- 酵素工程是什么意思 酵素工程
背景情况:
- 从生物质中生产生物乙醇对于减少原油消耗和环境影响至关重要.
- 细胞分解酶的稳定性和水解效率是生物乙醇发酵的关键局限性,通常因乙醇度的增加而受到阻碍.
- 乙醇对酶的非活性化会降低最终的生物乙醇产量,因此需要制定提高酶性能的策略.
研究的目的:
- 进化细胞酶CBHI (碳水化合物结合域I) 以提高生物乙醇生产的性能,使用优化的两基因重组过程 (2GenReP).
- 开发具有对乙醇,有机溶剂抑制剂的增强耐药性和在同时糖化和发酵 (SSF) 过程中提高稳定性的细胞酶变体.
主要方法:
- 利用一个优化的两基因重组过程 (2GenReP) 来设计细胞酶CBHI.
- 选并确定了两种高度有效的CBHI变体,被指定为R2和R4.
- 在各种条件下评估了进化变体的催化效率 (kcat/KM) 和稳定性,包括乙醇和有机溶剂的存在.
主要成果:
- 两种全方位的CBHI变体R2和R4已成功演化,表现出更好的乙醇耐药性,有机溶剂耐受性和SSF稳定性.
- CBHI变种R4在乙醇存在或不存在的情况下,催化效率 (kcat/KM) 增加了7.0至34.5倍.
- 将进化CBHI R2和R4纳入1G生物乙醇工艺,导致乙醇产量显著改善,比对照组高出10.27% (6.7 g/L).
结论:
- 2GenReP方法有效地产生了强大的细胞酶变体,用于实际的生物乙醇发酵.
- 进化的CBHI变种 (R2和R4) 提供了卓越的稳定性和催化效率,克服了当前生物乙醇生产工艺的关键局限性.
- 这种蛋白质工程策略是可转移的,并有可能开发用于生物转化和生物能源应用的多功能酶.
