Энзиматические способы конверсии биомассы: современное состояние аркадий п. синицын

  • Аркадий П.Синицын
  • Хим факультет МГУ им.М.В.Ломоносова
  • Институт биохимии
  • им.А.Н.Баха РАН

Виды возобновляемого сырья

  • Сахароза, меласса (из сладкого тростника и сладкой свеклы)
  • Отходы пищевой индустрии (переработки яблок, цитрусовых, сои, молока, и т.д.)
  • Крахмалосодержащее сырье (зерно, картофель)
  • Топинамбур (полифруктан)
  • Растительная биомасса
    • Древесная порода и отходы ее переработки
    • Одногодичные растения, трава, травка, водные растения, и т.п.
    • Целлюлозосодержащие отходы индустрии и сельского хозяйства

Получение спиртов из отходов пищевой индустрии

Получение спиртов из отходов пищевой индустрии

Получение спиртов из топинамбура

Получение спиртов из крахмалистого сырья

Получение спиртов из целлюлозосодержащего сырья (раздельные гидролиз и сбраживание)

Получение спиртов из целлюлозосодержащего сырья (одновременный гидролиз и сбраживание)

Ферментативный гидролиз целлюлозы

Сопоставление эффективности разных способов предобработки лигноцеллюлозного сырья 10 FPU / 1 г субстрата + 20 bGU / г, [S] = 100 г/л, pH 5, 50?C, 24 h

  • Багасса / паровой взрыв
  • Пшеничная трава / паровой взрыв
  • Овсяная шелуха / паровой взрыв
  • Рисовая шелуха / паровой взрыв
  • Хвойная древесная порода / сухое измельчение
  • Лиственная древесная порода / паровой взрыв
  • Лиственная древесная порода / органозольв
  • Целлюлоза (ЦБК)

ПРЕДОБРАБОТКА

  • Предобработка лигноцеллюлозного сырья играет важную роль для роста его обскурантистской возможности
  • Способ сухого измельчения значительно наращивает обскурантистскую способность лигноцеллюлозного сырья

Наличие ферментов, штаммов-продуцентов, систем экспрессии генов (грибы)

  • Штаммы супер-продуценты ферментов:
    • Разные штаммы Trichoderma sp.
    • Разные штаммы Penicillium sp.
    • Разные штаммы Aspergillus sp.
  • Ферменты:
    • Целлюлазы (CBH1, CBH2, Eg1, Eg2, Eg3, и др.)
    • ?-глюкозидазы (целлобиазы, экзо-?1,4/1,3-глюкозидаза)
    • Гемицеллюлазы (эндо-ксиланазы, эндо-маннанзы,
    • ?-ксилозидазы, арабиназы, ?-галактозидазы,
    • ?-галактозидазы, и др.)
    • Пектиназы (пектин-лиазы, полигалактуроназы)
    • Амилазы (?-амилаза, глюкоамилаза, и др.)
    • Инулиназы (эндо-инулиназа, экзо-инулиназа)
  • Системы экспрессии генов:
          • Penicillium 537
          • Penicillium PCA
          • Aspergillus sp.

(I) Стратегия сотворения штаммов-продуцентов

  • Селекция продуцента уникальных ферментов посреди одичавших штаммов микробов, получение супер-продуцента при помощи мутагенеза и селекции, оптимизация процесса ферментации
        • Трудности – огромные издержки времени, невозможность предсказать состав комплекса секретируемых ферментов

Выбор продуцента уникального целлюлазного комплекса. Гидролиз пихты, обработанной паровым взрывом различными целлюлазами 10 FPU / 1 г субстрата, [S] = 5%, рН 5, 50оС

Сделаны промышленные штаммы -суперпродуценты целлюлаз и сопутствующих ферментов

  • Целлюлазы Penicillium владеют уникально высочайшей осахаривающей способностью по сопоставлению с Trichoderma
  • Значительно, что конкретно на целлюлазы Trichoderma делают ставку ведущие мировые биотехнологические компании

Целлюлазы Penicillium и Trichoderma

  • Ферменты Penicillium владеют более высочайшей осахаривающей активностью, ферменты Trichoderma
  • Вероятные предпосылки:
    • Более высочайшая удельная активность личных ферментов
    • Большая разнообразность целлюлазного комплекса
    • Наличие ?-глюкозидазы (целлобиазы)
    • Наименьшая степень ингибирования лигнином

Генно-инженерный подход

Способы получения рекомбинантных штаммов

  • Получение штамма реципиента (ауксотрофный мутант, маркерный ген)
  • Выделение мотивированного гена (гомологичного, гетерологичного)
  • Включение мотивированного гена в экспрессионную кассету (создание вектора)
  • (Ко)трансформация протопластов реципиентного штамма
  • Регенерация протопластов, первичный скрининг трансформантов на мотивированную активность (качалочные пробирки, планшеты)
  • Вторичный скрининг трансформантов (1-л, 3-л ферментеры), получение, тесты и исследование параметров ферментных препаратов, выделение и исследование параметров гомогенных мотивированных ферментов
  • Получение ш
    тамма продуцента

(II) Стратегия сотворения штаммов продуцентов

  • Создание рекомбинантных штаммов – продуцентов личных (мотивированных) моно-ферментных препаратов
        • Неувязка – моно-ферментные препараты
        • не могут выполнить действенное осахаривание разных видов растительного сырья

Создание рекомбинантных штаммов – продуцентов личных (мотивированных) ферментов (II)

Создание рекомбинантных штаммов – продуцентов личных (мотивированных) моно-ферментных препаратов (II)

Раздельная ферментация рекомбинантных штаммов Penicillium 537 – продуцентов различных мотивированных ферментов (II)

Одновременная ферментация разных рекомбинантных штаммов Penicillium 537 – продуцентов личных ферментов (II)

(III) Стратегия сотворения штаммов – продуцентов

  • Создание штаммов – продуцентов мультиферментного комплекса с увеличенной активностью определенного (мотивированного) фермента
        • Неувязка – продуктивность по своим ферментам мультиферментного комплекса может уменьшиться

Создание рекомбинантных штаммов – продуцентов мультиферментного комплекса с увеличенной активностью определенного (мотивированного) фермента (III)

(IV) Стратегия сотворения штаммов — продуцентов

  • Создание штаммов – продуцентов консистенции заблаговременно избранных (мотивированных) ферментов
        • Неувязка – необходимость иметь в наличии широкий круг очищенных ферментов для подготовительных тестов по выбору более активных осахаривающих ферментов
        • Могут появиться препядствия при экспрессии консистенции мотивированных ферментов в подходящей пропорции

Опыты по выбору более активных осахаривающих ферментов (IV) Предобработанные кукурузные початки, pH5, 50?С, 72 часа Доза по белку – 0.2 мг/мл, целлобиаза – 0.1 ед/мл

Создание рекомбинантных штаммов — продуцентов консистенции заблаговременно избранных (мотивированных) ферментов (IV)

Авторский коллектив:

Спасибо за внимание!

  • +7 (495) 939-5966
  • apsinitsyn@gmail.com
  • www.enzyme.chem.msu.ru/cellulas/

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментирование записей временно отключено.