ไซโมโมนาส โมบิลิส
Zymomonas mobilisเป็น แบคทีเรีย แกรมลบ แอนแอ โร บิ กแบบมีแฟลเจลลาที่ขั้ว รูปร่างเป็นแท่ง เป็นสายพันธุ์เดียวที่พบในสกุล Zymomonas [ 2 ]มี ความสามารถในการผลิต ไบโอเอทานอลที่ โดดเด่น ซึ่งเหนือกว่ายีสต์ในบางแง่มุม เดิมทีถูกแยกได้จากเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ เช่น ไวน์ปาล์มของแอฟริกา ปุลเก ของเม็กซิโก และยังพบเป็นสิ่งปนเปื้อนในไซเดอร์และเบียร์ (โรคไซเดอร์และการเน่าเสียของเบียร์) ในประเทศแถบยุโรป
การเน่าเสียของเบียร์
ไซโมนาส (Zymomonas)เป็นแบคทีเรียที่ไม่พึงประสงค์ที่พบในน้ำในเบียร์ทำให้เกิดรสชาติคล้ายเอสเทอร์และกำมะถันเนื่องจากการผลิตอะเซทัลดีไฮด์และไฮโดรเจนซัลไฟด์ซึ่งอาจเปรียบได้กับกลิ่นแอปเปิ้ลเน่าหรือกลิ่นผลไม้ไซโมนาสไม่เคยพบในโรงเบียร์ลาเกอร์เนื่องจากอุณหภูมิต่ำ (8–12 °C) และความต้องการคาร์โบไฮเดรตที่เข้มงวด (สามารถหมักได้เฉพาะซูโครสกลูโคสและฟรุกโตส ) มักพบในเอลที่บ่มในถังไม้โอ๊คซึ่ง ใช้ สารให้ความหวาน เพื่ออัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในเบียร์ อุณหภูมิที่เหมาะสม สำหรับการเจริญเติบโตคือ 25 ถึง 30 °C
การผลิตเอทานอล
แบคทีเรีย Zymomonas mobilisย่อยสลายน้ำตาลให้เป็นไพรูเวทโดยใช้กระบวนการ Entner–Doudoroffจากนั้นไพรูเวทจะถูกหมักเพื่อผลิตเอทานอลและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์เพียงอย่างเดียว (คล้ายกับยีสต์)
ข้อดีของZ. mobilisเมื่อเทียบกับS. cerevisiaeในการผลิตไบโอเอทานอล :
- การดูดซึมน้ำตาลและผลผลิตเอทานอลที่สูงขึ้น (สูงขึ้นถึง 2.5 เท่า) [ 3 ]
- การผลิตชีวมวลที่ลดลง
- ความทนทาน ต่อเอทานอลที่สูงขึ้นถึง 16 % (v/v) [ 4 ]
- ไม่จำเป็นต้องควบคุมการเติมออกซิเจนในระหว่างการหมัก
อย่างไรก็ตาม แม้จะมีข้อดีที่น่าสนใจเหล่านี้ แต่ก็มีหลายปัจจัยที่ขัดขวางการใช้งานเชิงพาณิชย์ของZ. mobilisใน การผลิต เอทานอลจากเซลลูโลสอุปสรรคสำคัญที่สุดคือช่วงของสารตั้งต้นที่จำกัดอยู่เพียงกลูโคสฟรุกโตสและซูโครสZ. mobilisสายพันธุ์ป่าไม่สามารถหมักน้ำตาล C5เช่นไซโลสและอะราบิโนสซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของไฮโดรไลเสตจากลิกโนเซลลูโลส ต่างจากE. coliและยีสต์Z. mobilisไม่สามารถทนต่อสารยับยั้งที่เป็นพิษที่มีอยู่ในไฮโดรไลเสตจากลิกโนเซลลูโลส เช่นกรดอะซิติกและสารประกอบฟีนอลต่างๆ[ 5 ]ความเข้มข้นของกรดอะซิติกในไฮโดรไลเสตจากลิกโนเซลลูโลสอาจสูงถึง 1.5% (w/v) ซึ่งสูงกว่าขีดจำกัดความทนทานของZ. mobilis มาก
มีการพยายามหลายครั้งในการดัดแปลงพันธุกรรมZ. mobilisเพื่อเอาชนะข้อบกพร่องที่มีอยู่โดยธรรมชาติ ห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ (NREL) ในสหรัฐอเมริกาได้มีส่วนสำคัญในการขยายช่วงของสารตั้งต้นให้ครอบคลุมน้ำตาล C5 เช่น ไซโลสและอะราบิโนส[ 6 ] [ 7 ] สายพันธุ์ Z. mobilisที่ทนต่อกรดอะซิติกได้รับการพัฒนาโดยความพยายามทางวิศวกรรมเมตาบอลิซึมอย่างมีเหตุผล เทคนิคการกลายพันธุ์[ 8 ]หรือการกลายพันธุ์แบบปรับตัว[ 9 ] [ 10 ]อย่างไรก็ตาม เมื่อสายพันธุ์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมเหล่านี้เผาผลาญน้ำตาลผสมในที่ที่มีสารยับยั้ง ผลผลิตและประสิทธิภาพจะต่ำลงมาก จึงทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมได้
มีการใช้กระบวนการปรับตัวอย่างกว้างขวางเพื่อปรับปรุงการหมักไซโลสในZ. mobilis [ 9 ] โดยการปรับสายพันธุ์ในความเข้มข้นสูงของไซโลส การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของกระบวนการเผาผลาญเกิดขึ้น การเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดอย่างหนึ่งคือระดับของไซลิทอล ลดลง ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการหมักไซโลสที่สามารถยับยั้งการเผาผลาญไซโลสของสายพันธุ์ได้ หนึ่งในเหตุผลสำหรับการผลิตไซลิทอลที่ลดลงคือการกลายพันธุ์ในยีนที่คาดว่าเข้ารหัสสำหรับอัลโด-คีโตรีดักเทสที่เร่งปฏิกิริยาการลดไซโลสเป็นไซลิทอล[ 11 ] [ 12 ]
เยื่อหุ้มพลาสมาของ Z. mobilisประกอบด้วยฮอพานอยด์ซึ่งเป็นสารประกอบเพนตาไซคลิกที่คล้ายกับสเตอรอล ในยูคาริโอต ทำให้มันมีความทนทานต่อเอทานอลในสิ่งแวดล้อมได้อย่างน่าทึ่ง ประมาณ 13%
Z. mobilisถูกนำมาใช้ทำเครื่องดื่มปุลเก้ (Pulque ) ตามประเพณีดั้งเดิม
จีโนม
จีโนมของ สายพันธุ์ Z. mobilis ZM4 ได้รับการจัดลำดับและมี 2,056,416 bp ซึ่งเข้ารหัสยีนที่เข้ารหัสโปรตีน 1,998 ยีน[ 13 ]สิ่งนี้เผยให้เห็นว่าZ. mobilisสามารถเผาผลาญกลูโคสได้เฉพาะผ่านทางเส้นทาง Entner–Doudoroff เท่านั้น และไม่สามารถใช้เส้นทาง Embden–Meyerhof–Parnasได้
ลิงก์ภายนอก
- เทคโนโลยีการหมักเอทานอล— Zymomonas mobilis
- หน้าข้อมูลจีโนม ของ Zymomonas mobilis ZM4
- สายพันธุ์ต้นแบบของZymomonas mobilisที่ Bac Dive - ฐานข้อมูลเมตาของความหลากหลายทางแบคทีเรีย