Корейская группа исследователей, возглавляемая выдающимся профессором Санг Юп Ли из отдела химической и биомолекулярной инженерии Корейского передового института науки и технологий (KAIST), расшифровала последовательность генома C. tyrobutyricum и его протеомные профили в процессе периодической ферментации. В результате исследовательская группа выяснила, что бактерия не только способна производить большое количество масляной кислоты, но также может переносить токсичные соединения, такие как 1-бутанол. Результаты исследования опубликованы в mBio 14 июня 2016 г.
Команда применила генопротеомный подход, сочетающий геномику и протеомику, чтобы исследовать метаболические особенности C. тиробутирикум. В отличие от Clostridium acetobutylicum, наиболее широко используемого организма для производства 1-бутанола, C. tyrobutyricum имеет новый путь производства бутирата и различные механизмы сохранения энергии в анаэробных условиях. Экспрессия различных метаболических генов, в том числе тех, которые участвуют в образовании бутирата, была проанализирована с использованием протеомного подхода "дробовика".
На сегодняшний день производство 1-бутанола, биотоплива следующего поколения, на основе биологических веществ зависит от нескольких клостридиальных хозяев, включая C. acetobutylicum и C. Beijerinckii.
Однако эти организмы имеют низкую толерантность к 1-бутанолу, даже если они естественным образом способны его продуцировать. C. tyrobutyricum не может производить 1-бутанол сам по себе, но имеет более высокую толерантность к 1-бутанолу и быстрое поглощение моносахаридов по сравнению с этими двумя видами.
Команда определила большинство генов, участвующих в центральном метаболизме C. tyrobutyricum на основе данных полногенома и протеома дробовика, и это исследование ускорит разработку бактерий для производства полезных химикатов, включая масляную кислоту и 1-бутанол, заменяя традиционные бактериальные хозяева.
Профессор Ли сказал: «Уникальные метаболические свойства и механизмы сохранения энергии C. tyrobutyricum можно использовать в различных микроорганизмах-хозяевах, разработанных нами ранее, для дальнейшего повышения их продуктивности и урожайности. Более того, данные о C. tyrobutyricum, выявленный в ходе этого исследования, станет первым шагом к непосредственной инженерии этой бактерии."
Директор Джин-Ву Ким из отдела платформенных технологий Министерства науки, ИКТ и будущего планирования Кореи, который курирует Программу развития технологий для решения проблемы изменения климата, сказал,
«На протяжении многих лет команда профессора Ли изучала разработку системы биоочистки для производства натуральных и неприродных химикатов с помощью систем метаболической инженерии микроорганизмов.
Они смогли разработать стратегии развития различных промышленных микробных штаммов для производства полезных химикатов из несъедобной биомассы, связанной с фиксацией диоксида углерода. Мы считаем, что эффективное производство масляной кислоты с использованием подхода метаболической инженерии будет играть важную роль в создании биопроцесса для химического производства."