Wiley жаңартылатын энергия

 
 
172 
функциялардың бұзылуына әкеліп соғады.  Бутанолдың улылығы, еріткіш көлемін шектейтін, ацетон-
бутанол-спиртті  ашыту  кезінде  алынатын,  негізгі  факторлардың  бірі  болып  саналады.  Бутанолға 
деген  жасушалардың  төзімділігін  арттыру,  еріткіштің  улылығы  мәселесін  жоюға  көмектесе  алады 
деген  ұсыныс  білдірілді.  Бутанол-төзімді  штаммалардағы  маңызды  мәселелердің  бірі,  C.beijerinckii 
NCIMB  8052  кездейсоқ  мутагенез  жолымен  алынған  [55],  штамм  C.beijerinckii  BA101  болып 
саналады.  Сол  сияқты,  глицерин  дегидрогеназын  кодтайтын  [56],  бутанол-төзімді  мутантты  штамм 
C.beijerinckii  NCIMB  8052  өндіру  үшін,  gld  A  геніне  мақсатты  түрде  РНК  қарсы  мағыналық 
технология  қолданылды.  Температураның  жоғарылауымен  мембрандық  сұйықтықтың  көбеюін 
қадағалау,  еріткіш  өндіру  кезеңіндегі  температураның  төмендеуі,  бутанолға  төзімділіктің  өсу 
мүмкіндігін болжауға мүмкіндік береді. Осылайша, температураны қышқылдану кезеңі кезінде 30 °C-
тан  тұздану  кезеңі  кезінде  24  °C-қа  дейін  төмендету  арқылы  бутанол  өндірісін  үлкейтуге  болады. 
Еріткіштің улылығы жөніндегі мәселені жеңудің басқа тәсілі, ферментация кезінде еріткішпен in situ  
алу  процесін  біріктіру  болып  саналады.  Сонымен  қатар,  метаболиттік  және  жасушалық  инженерия 
жүйенің  биологиялық  тәсілін  қолдану,  еріткіштеріге  төзімдірек    клостридий  штаммдарын  өндіруге 
көмектеседі [57].  
 
9.5.2.5 Метаболиттік инженерия 
Метаболитті инженерия аясында бутанол-өндіруші клостридий негізгі мақсаты, бутанол өндірісін 
соңғы  концентрация  мен  нәтижелілік,  бутанолға  төзімділікті  үлкейту  (еріткішке),  субстратты 
пайдалану диапазонын кеңейту, қоршаған ортаны жобалау мен аралас қышқыл/еріткіштер өндірісінің 
орнына селективті бутанол өндірісі үшін метаболиттік желіні өзгерту тұрғысынан қарағанда кеңейту 
болып табылады. Бұл мақсаттарды гендік инженерияның, түрлендіру әдістері, шаттл-векторлар және 
гендік нокаут жүйелері сияқты, әртүрлі құралдарының көмегімен қол жеткізуге болады. 
C.  acetobutylicum  ATCC  824  күшті  шектеу  жүйесі  бар,  код  Cac824I  (эндонуклейтті  шектеу),  5'-
GCNGC-3'  мойындайды.  Бұл  шектеу  жүйесі,  E.coli  алынған,  рекомбинатты  плазмидті  тиімді 
трансформациялауды  болдырмайды.  Сонымен,  Мермелштейн  және  бірлескен  автор  (1992), 
трансформацияның  тиімділігін  арттыруға  мүмкіндік  беретін,  шаттл-вектор  pFNK1  B.  subtilis  -  C. 
Acetobutylicum  зерттеді  [58].  Бұл  шаттл-векторды  пайдалану  арқылы,  ацетоацетатдекарбоксилаза 
(adc) мен фосфотрансбутирилаза (ptb) гендері C. acetobutylicum ATCC 824 табысты жоғарғы деңгейде 
көрсетілуі мүмкін. Кең қолданыстағы плазмид C. Acetobutylicum көшірмелер саны жасушаға шамаен 
7-20  көшірмені    құрайды,  метаболиттік  инженерия  міндетіне  сай  келетін  болып  табылады  [59]. 
Гендер  нокаутының  тиімді  жүйесінің  жоқтығынан  клостридий  метаболиттік  инженериясы  қиын.  C. 
acetobutylicum  өте  төмен  жаңғыртылумен  бес  қана  ген  нокаутдалды  viz-buk,  pta,  adhE,  solR,  spo0A 
[42,  60].  Хип  және  бірлескен  авторлар  (2007),  клострон  жүйесі  деп  аталатын,  Lactobacillus  lactis  
пайдаланумен, гендер нокаут жүйесін ойлап тапты [61]. Бүгінгі таңда, клостридий үшін бұл ең тиімді 
гендер нокаут жүйесі.  
Метаболиттік  инженерияның  бірінші  табысты  ерекшелігі  C.  acetobutylicum    ацетонның  түзілу 
жолын  күшейту  болды.  C.  acetobutylicum  пайдаланумен  күшейтілген  гендермен  adc  и  ctfAB 
(ацетоацетатдекарбоксилазаны  кодтайтын  және  CoA  трансферазды,  сәйкесінше)  рекомбинанттау 
ретінде ферменттеу кезінде, ацетон құраушы гендер ертерек белсендіріледі, ол ацетонның бұрынғы 
индукциясына  әкеледі.  Ата-аналық  штаммды  қолданумен  ферменттеуден  айырмашылығы,  бұл 
процесс  ацетонның,  бутанолдың  және  этанолдың  соңғы  концентрациясының  95%,  37%  және  90%, 
сәйкесінше,  көбеюіне  әкелді  [62].  Басқа  зерттеуге  сәйкес,  бутираткиназ  бен  фосфор  трансацетилаз 
кодтайтын,  сәйкесінше,  buk  и  pta  гендері,  көміртек  ағынын  қышқыл  түзілуден  еріткіш  түзілгенге 
қайта бағыттау үшін демобилизацияланды.    
Әсерсіздеу buk гені бар, штамм PJC4BK бас штаммға қарағанда, бутанолды 10%  -ға көп өндірді 
[63]. Сонымен қатар, C. acetobutylicum бутират түзуші ферменттердің белсенділігін төмендету үшін 
РНК  (асРНК)  қарсы  мағыналы  технология  тиімді.    Десаи  мен  Папутсакис  (1999)  екі  түрлі  асРНК 
зерттеді,  біреуін  buk  үшін,  ал  екіншісін  ptb  үшін,  және    бутираткиназа  мен 
фосфотрансбутирилазаның,  сәйкесінше    85%  және  70%,  белсенділігін  сәтті  төмендетті. 
Түрлендірілген  buk-асРНК  штамм,  ацетон  мен  бутанолдың,  сәйкесінше  50%  және  35%,  жоғарғы 
концентрациясын  өндірді.  Еріткішке  төзімділік  және  C.  acetobutylicum  күйзелуге  жауап  реакциясы 
көптеген гендердің гипер экспрессиялануы арқасында, молекулалық сорғыларды, споруляция, майлы 
қышқылдарды синтездеу мен транскрипция реттегіштеріне қатысатын, шаперондар (мысалы, groES, 
dnaKJ, hsp18) мен гендерді қосып алғанда, жақсаратылуы мүмкін [64]. Жылу соққысына GroES және 
GroEL  қарсы  ақуыздардың  жоғарғы  дәрежесі,  сол  сияқты  еріткіш  ферменттерді  тұрақтандыру 

 
 
173 
арқылы еріткіштердің соңғы концентрациясын үлкейтеді [65].  
2007  жылға  дейін  C.  acetobutylicum  геномының  толық  тізбегі  қолжетімсіз  болды,  нәтижесінде 
қышқылдар  немесе  еріткіштердің  түзілуімен  тікелей  байланысатын  гендермен,  технологиялық 
мақсаттар  шектеулі  болды.  Енді,  геномның  толық  тізбегіне  қолжетімді  болғанда,  штаммды 
жақсартуға жүйелі процесс жүргізуге болады. Биология жүйесі саласындағы жетістіктер көмегімен, 
компьютерлік  модельдеу  мен  ынталандыруды  да  тиімді  құрал  ретінде,  метаболиттік  жол  үшін 
клостридий  инженериясында  қолданылуы  мүмкін.  Іс  жүзінде,  Папутсакис  (1984),  C.  acetobutylicum 
метаболиттік  ағындардың  сандық  анализі  үшін  стехиометрикалық  модель  сияқты  шығарғандардың 
ішінде бірінші болды [66].  
Сондай-ақ, бутанол өндірісіне ішек таяқшаларының метаболиттік инженериясы үшін құралдарды 
әзірлеуге күш жұмсалды. C. acetobutylicum бактериялар мен atoB E.coli гендердің, мутантты  штамм 
E.Сoli BW25113, гиперэкспрессиялаушы гендер crt, bcd, etfAB, hbd және adhE2, көміртек көзі ретінде 
2%-ды  (мас./об.)    глицерин  қолданумен  552  мг/л бутанол  қндіруге  қабілетті  [67].  Бутанол  синтезіне 
қатысатын гендердің гипер экспрессиясы кезінде thl, hbd, crt, bcd, ald және bdhA B C. acetobutylicum, 
0,8  мМ,  0,19  мМ  және  0,01  мМ  бутанол  E.  coli,  B.  subtilis  және  S.  cerevisiae,  сәйкесінше,  алынуы 
мүмкін [68]. 

жүктеу/скачать 4,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: