Metabolic Control Points in Ethanolic Fermentation of Xylose by Saccharomyces cerevisiae

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Vanlig bagerijäst, Saccharomyces cerevisiae, används i storskalig etanol framställning från majs och sockerrör. Användandet av dessa råvaror för etanolproduktion konkurerar dock med framställning av spannmål för föda och djurhushållning. Den här avhandlingen har syftat till att få bagerijäst att använda sockerarten xylos, som finns i stora halter i restprodukter från skogs- och jordbruksindustrin, för etanolproduktion. För närvarande är etanolproduktionen från xylos långsam i jämförelse med andra sockerarter vilket negativt påverkar lönsamheten för en industriell process. Den dåliga xylosjäsningen i jäst beror på att metabolismen inte är optimerad för xylos. Genom olika typer av fysiologiska studier har jag undersökt var begränsningarna i jästens metabolism ligger, förbättrat dessa delar på gennivå och på så sätt ökat den övergripande etanolproduktionen. Genom att förse bagerijäst med en xylostransportör från en annan jäst, Candida intermedia, var det möjligt att öka bagerijästens förmåga att transportera xylos in i cellen. På så sätt ökades upptaget av xylos och produktionen av etanol vid låga sockerkoncentrationer. Eftersom upptagshastigheten endast ökade vid låga sockerkoncentrationer, kunde det dock slutledas att xylosnedbrytningen i större utsträckning kontrollerades av andra delar av metabolismen. Enzymet xylos reduktas (XR) identifierades som en begränsande faktor vid xylosutnyttjande i jäst. Genom att slumpmässigt modifiera genen för XR och välja ut de bästa mutationerna, konstruerade jag en jäststam med ett förbättrat XR enzym. Det nya jäststammen producerade etanol med mer än tio gånger högre hastighet. När jag undersökte hur gener regleras under jästens xylosnedbrytning fann jag en stor skillnad i vilka gener som används vid xylosjäsning jämnfört med jäsning av andra sockerarter. Det är troligt att de gener som jästen naturligen använder för xylosjäsning inte är optimala för etanolproduktion.