Биоотын өндірісіне арналған гендік инженерия

 
 
72 
зерттеу  үшін  ұсынылды. Кейбір  басқа  термотұрақты  микроорганизмдер  -  K.marxianus, 
Candida lusitanieae  және  Z. mobilis.  Этанолды өндірудің коммерциялық өміршең тәсілі үшін 
идеалды 
микроорганизмде 
субстратты 
кеңінен 
пайдалану, 
этанолдың 
жоғары 
концентрациясына 
төтеп 
беру 
қабілеті, 
жоғары 
температуралы 
төзімділігі, 
целлюлолитикалық белсенділігі және гидролизаттағы тежегіштерге тұрақтылық болуы тиіс. 
Көптеген  зерттеулер  глюкоза  мен  ксилозаны  жеке  немесе  бір  мезгілде  ферменттеуге 
қабілетті  тиімді  микроорганизмдерді  әзірлеуге  арналған  [136].  Биоэтанол  өндірісі  үшін 
лигноцеллюлозды  өнеркәсіптік  пайдалану  пентозды  және  гексозды  қантты  тиімді 
ферменттей  алатын  идеалды  микроорганизмдердің  болмауын  қиындатады  [37].  Осылайша, 
генетикалық  түрлендірілген  немесе  әзірленген  микроорганизмдер  гидролизатта  қантты 
толық  пайдалануға  қол  жеткізу  және  өндіріс  тиімділігін  арттыру  үшін  пайдаланылады. 
Соңғы  жылдары  метаболикалық  инженерия  тұжырымдамасы  отын  этанолын  өндіру  үшін 
қолданылды  [138].  Гендік  инженерия  ферментацияның  әр  түрлі  аспектілерін  әзірлеу  үшін 
неғұрлым  жоғары  шығулардан  жақсы  шығуларға  қол  жеткізу  үшін  және  алу  дәрежесін 
арттыру үшін субстратты неғұрлым кең пайдалану үшін қолданылды. Көптеген генетикалық 
түрлендірілген P. stipitis BCC15191 [139], P. stipitis NRRLY-7124 [140, 141]), рекомбинантты  
E.coli  KO11  [142],  C.  shehatae  NCL-3501  [143]  және  S.  cerevisiae  ATCC  26603  сияқты 
микроорганизмдер  әзірленді  [140].  Пентозды  қанттарда  этанол  ашыту  гексозды  қанттар 
жағдайындағыдай 
микроорганизмдердің 
көпшілігімен 
жүзеге 
асырылмайды. 
Бактериялардың,  ашытқылар  мен  грибоктардың  шектеулі  мөлшері  пентозды  қантты 
қанағаттанарлық  шығуымен  және  өнімділігімен  этанолға  айналдыруы  мүмкін [144].  E.  coli, 
S.  cerevisiae  және  Z.  mobilis  генетикалық  түрлендірілген  штамдары  ксилозаны  ферменттеу 
үшін  әзірленді  [145].  Ксилозоредуктаза  мен  ксилитдегидрогеназа  экспрессиясымен  бірге  p. 
Conditionitis  және  бактериялардың  немесе  саңырауқұлақтардың  басқа  да  түрлерімен  бірге 
ксилозоредуктаза мен ксилитдегидрогеназаның жоғарғы экспрессиясына қол жеткізу арқылы 
ксилозды ферменттеу жүзеге асады [146–148]. Этанолды алу үшін Escherichia coli, Klebsiella 
oxytoca,  Zymomonas  mobilis  және  Saccharomyces  cerevisiae  сияқты  этанологиялық 
рекомбинантты  бактериялар  биомассадан  алынған  аралас  глюкоза, 
ксилоза,  арабиноза  және 
галактоза  ашытқылары  бар  қанттарды  ферменттеу  үшін  сәтті  пайдаланылды.
 
[149].  Генетикалық 
түрлендірілген  микробтар  Zymomonas  mobilis  AX101,  Escherichia  coli  KO11,  Klebsiella 
oxytoca  P2  және  Saccharomyces  cerevisiae  өнеркәсіптік  қолдану  үшін  қарастырылады  [150]. 
Saccharomyces  cerevisiae  MT8–1  ашытқысының  рекомбинантты  штаммы  Pichia stipitis 
гендерін 
біріктіру 
жолымен 
олар 
өз 
кезегінде 
ксилозоредуктазаны 
және 
ксилитдегидрогеназды  сондай-ақ    Saccharomyces  cerevisiae-ге  жататын    ксилулокиназды 
және  Aspergillus acleatus-дан     алынған  сәйкестендіру  үшін 

-глюкулазы  генді  жасушалық 
бетінде  айқындап  ксилозды  және  целлоолигосахаридтерді    ферменттейді  [151]. 
Saccharomyces  cerevisiae  рекомбинантты  штаммдары  лигноцеллюлоза  шикізатының 
гемицеллюлоза компоненттерін пайдалану үшін қолданылған. MN8140XX гибридті штаммы 
оның  ата-аналық  штаммдарымен  салыстырғанда  1,3  және  1,9  есе  этанолдың  өндірілуін 
жақсартуды  көрсетті 
[152]. 
Жасушалық 
бетінде 
гетерологиялық 
ферменттерді 
экспрессиялаған 
және 
құрамында 
ксилан, 
ксилоолигосахаридтер 
және 
целлюлоолигосахаридтер бар гемицеллюлоза материалынан біріккен биоөңдеу кезінде күріш 
сабанының гидролизатынан этанол шығарған тағы бір штамм әзірленді, ол гидролизациялық 
қант  ферменттерін  қосуды  немесе  детоксикацияны  қажет  етпейді  [153].  Ашытқылардың 
генетикалық  түрлендірілген  штаммдары  ферменттеуді  жақсарту  үшін  геном  орнын 
ауыстырудың модификацияланған әдісін пайдалану арқылы s. cerevisiae геномымен барлық 
p.  stipitis  геномының  рекомбинациясы  бар  ДНҚ  ауыстыру  әдісімен  әзірленді  [154].  Осы 
зерттеуде  алынған  ашытқының  рекомбинанттық  штаммы  целлюлоза  этанолының 
өнеркәсіптік өндірісі үшін көп үміт күттіретін кандидат болды. Пируватдекарбоксилаза және 
алкогольдегидрогеназа  II  сияқты  этанолды  ферменттейтін  гендер  Zymomonas  mobilisдан 
клондалған  және  үш  түрлі  целлюлолитикалық  бактерияларға,  атап  айтқанда  Enterobacter 
cloacae JV, Proteus mirabilis JV және Erwinia chrysanthemi. Осыдан кейін олардың целлюлоза 

 
 
73 
этанолын  өндіру  қабілеті  зерттелді.  Штамм  жабайы  түрге  қарағанда  этанолды  екі  есе  көп 
шығарады, сондай-ақ 
этанолға деген  төзімділікке ие болды [155].
 
4.4 Болашақ перспективалар 
 
Энергияға  сұраныстың  өсуіне  байланысты  лингвоцеллюлозды  биомассаның  биоэтанолға 
биоконверсиясы  зерттеулердің  басым  саласы  болып  табылады.  Лигноцеллюлозды  этанол  қымбат 
емес  және  кең  қол  жетімді  шикізаттан  өндіріледі,  ол  біздің  қазба  отынға  тәуелділікті  төмендетуі 
мүмкін. Биоэтанол қоршаған ортаның ластанбауына ықпал етеді, өйткені биоэтанолды жағу кезінде 
CO
2 
шығарындылары фотосинтез кезінде өсімдіктер атмосферадан жұтатын көлемге тең. Демек, олар 
жаһандық  жылыну  проблемасын  азайтуы  мүмкін.  Биоэтанол  қазба  отынының  жаңартылатын  және 
тұрақты  баламасы  болып  табылады,  өйткені  оны  өндіруге  арналған  шикізат  мол  және  оңай  өсіруге 
болады.  Ауыл  шаруашылығы  қалдықтарын  қайта  өңдеу  ауылдық  аудандар  тұрғындарының 
экономикалық  пайдасын  қамтамасыз  етеді.  Лигноцеллюлоза  биомассасының  ферменттеу  үшін 
қарапайым  қантқа  биоконверсиясы  өте  күрделі  процесс  болып  табылады.  Лигноцеллюлозалар 
морфологиясы тұрғысынан өте күрделі және кристалдылық биоконверсия үшін негізгі кедергі болып 
табылады.  Лигноцеллюлоза  биомассасын  биоконверсиялау  үшін  лигнинді  ыдырату  мақсатында 
қарапайым  қант  өндіру  үшін  өзара  әрекет  ететін  көптеген  ферменттер  қажет.  Толық  процесс  үшін 
қажетті барлық ферменттер бар микроорганизмдер жоқ. Лигноцеллюлозды биомассаны ыдырататын 
және  соңғы  өнімді  тежейтін  көптеген  ферменттер  биомассаны  толық  игере  алмайды. 
Микроорганизмдерді  бірлесіп  өсіру  күрделі  лигноцеллюлоза  биомассасының  биоконверсиясы 
мәселесін шеше алады. Қоршаған ортаның экстремалды жағдайларынан жасалған микроорганизмдер 
өнеркәсіптік  қолдану  үшін  қолайлы  жақсартылған  қасиеттері  бар  ферменттерді  қамтамасыз  етуі 
мүмкін. Метагеномика, биоалуантүрлілікті зерттеу және метаболикалық инженерия сияқты бірнеше 
тәсілдердің үйлесімі ферменттердің қасиеттерін жақсарта алады. Лигноцеллюлоза гидролизі кезінде 
ферменттеуші микроорганизмдердің белсенділігін тежейтін қант пен басқа да уытты қосылыстардың 
күрделі  қоспасы  өндіріледі.  Гендік  инженерияны  ингибиторлардың  ықпалынсыз  пентоз  және 
гексозды  ферменттеуге  қабілетті  ферменттеуші  микроорганизмдерді  дамыту  үшін  пайдалануға 
болады.  Гендік-инженерлік  микроорганизмдерді  әзірлеу  және  шығулары  жақсартылған  және 
өнімділігі бар жаңа биореакторларды әзірлеу болашақта биоэтанол өндірісінің құнын төмендетеді. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

жүктеу/скачать 4,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: