Ksilozės pernaša modifikuotose Ogataea polymorpha mielėse alkoholinės fermentacijos metu
Pasaulyje per metus pagaminama 120 mlrd. litrų etanolio, iš kurių beveik 80 proc. sunaudojama skystajam kurui. Tačiau pagrindinės etanolio gamybos žaliavos yra krakmolas ir sacharozė, kurios kartu yra svarbios maisto produktų, ir gyvulių pašarų sudedamosios dalys, kas sukelia didelę etinę problemą. (Gong ir kt., 2022). Dėl to ieškoma alternatyvių šaltinių, kurie galėtų sėkmingai pakeisti sacharozę ir krakmolą, o kartu būtų nemaistiniai pakaitai, todėl pagrindinė alternatyva yra sausa augalų biomasė – lignoceliuliozė (Abo ir kt., 2019). Bioetanolio gamyba iš lignoceliuliozės monosacharidų – gliukozės, ksilozės ir disacharido - celiobiozės, kuri yra atsinaujinanti ir nebrangi žaliava, yra labai svarbi ekologiniu ir ekonominiu požiūriu. Šiuos cukrus natūraliai gali fermentuoti termotolerantiškos metilotrofinės mielės O. polymorpha – kurių maksimali augimo temperatūra 50°C, todėl tai gali būti patogus organizmas pramoninei etanolio gamybai. Pagrindinis šio darbo tikslas: įvertinti elektrocheminiais matavimais skirtingai auginamų O. polymorpha mielių ląstelių ksilozės ir gliukozės sukeliamą įtaką kvėpavimo bei glikolizės procesams. Tyrimo metu nustatyta, kad O. polymorpha modifikuotų padermių metabolizmo intensyvumas skiriasi priklausomai nuo naudojamo sacharido – gliukozės ar ksilozės ir auginimo sąlygų. Visų tirtų O. polymorpha mielių padermių ląstelės reagavo net į mažas gliukozės koncentracijas stipriu ištirpusio deguonies įsisavinimu ir ekstraląsteliniu rūgštėjimu. Tačiau reakcija į ksilozės priedą buvo žymiai silpnesnė, ypač jeigu pirma buvo pridėta gliukozė. Tuo yra patvirtinama, kad tarp ksilozės ir gliukozės vyksta konkurentinis slopinimas. Taip pat nustatyta, kad padidėjusi inkubavimo temperatūra labiau pagreitina ląstelių kvėpavimą nei glikolizę.
The world produces 120 billion litres of ethanol a year, almost 80% of which is used for liquid fuels. However, the main feedstocks for ethanol production are starch and sucrose, which together are important ingredients in food products and animal feed, causing a major ethical problem (Gong ir kt., 2022). As a result, alternative sources are being sought that can successfully replace sucrose and starch while being non-food alternatives, with the main alternative being dry plant biomass - lignocellulose (Abo ir kt., 2019). The production of bioethanol from the lignocellulosic monosaccharides glucose, xylose and the disaccharide cellobiose, a source of renewable and inexpensive raw material, is of great ecological and economic importance. These sugars can be naturally fermented by the thermotolerant methylotrophic yeast O. polymorpha, which has a maximum growth temperature of 50°C, making it a suitable organism for industrial ethanol production. The main objective of this study was to evaluate the influence of xylose and glucose on respiration and glycolysis in differently grown O. polymorpha yeast cells by electrochemical measurements. The study showed that the intensity of metabolism of O. polymorpha modified strains varies depending on the saccharide used, either glucose or xylose, and on the culture conditions. In all O. polymorpha strains tested, cells responded to even low glucose concentrations with strong uptake of dissolved oxygen and extracellular acidification. However, the response to xylose supplementation was much weaker, especially if glucose was added first. This confirms the existence of a competitive inhibition between xylose and glucose. It was also found that increased incubation temperature accelerated cell respiration more than glycolysis.