通过在生物质预处理过程中加热来推进下一代生物燃料

加利福尼亚州沃尔但克里克 - 全国的可再生燃料标准要求到2022年每年生产360亿加仑生物燃料。实现这一目标的最大障碍之一在于优化分解植物生物量然后将其转化为多步骤的多步骤过程。可发酵的糖，可以提炼成燃料，满足我们的运输需求。为了克服这一挑战，美国能源部支持了几个项目，重点是识别真菌和微生物的酶，如纤维素酶 - 分解植物细胞壁 - 和耐热的工业强度宿主细胞系统，以驱动这些反应。

目前用于生物燃料生产的许多纤维素酶来源于在20°C-35°C(68°F-95°F)的温度下茁壮成长的物种，其温度为室温至接近体温。在这些温度下的转化过程需要时间，在此期间污染物会降低最终产量。为了加快转化过程，研究人员建议提高温度，这反过来要求酶在当前工作条件下稳定。他们现在似乎走在了正确的轨道上。

10月2日在线发表于自然生物技术，包括DOE JGI在内的国际科学家团队研究人员比较了土生梭孢霉和嗜热毁丝霉的成熟基因组，这些真菌在45°C以上的高温环境中茁壮成长，其酶活性在40℃以下因此，°C至75°C可用于加速(从而改善)生物燃料生产过程。

“热稳定酶和嗜热细胞工厂可以在生产许多化学品和生物质燃料方面提供经济优势，”包括DOE JGI真菌基因组学负责人Igor Grigoriev以及来自加州戴维斯市Novozymes的长期合作者Randy Berka的团队写道。和加拿大康考迪亚大学的Adrian Tsang。由于这些已发表的基因组代表了第一个完全用于丝状真菌的基因组，他们补充说，这些信息将有助于改善菌株以及简化有益和有害突变的鉴定。

嗜热毁丝霉的3870万碱基对(Mbp)基因组和T. terrestris的36.9 Mbp基因组，首先描述的嗜热真核生物，编码大量分解生物质材料的酶。“嗜热真菌是众所周知的堆肥生物，它们作为耐热酶储存器的用途是在几十年前建立的，”Berka指出。“这两种嗜热生物可以被认为是关于其碳水化合物活性酶(CAZymes)及其降解植物多糖的能力的通用分解剂。”

还在代表在各种温度下的两个主要开花植物组的原料上测试了真菌酶的功效。研究人员发现，与其他真菌纤维素酶相比，嗜热毁丝霉和T. terrestris中的酶已经进化到有效分解并在很宽的温度范围内将生物质转化为单糖。“由于这些嗜热菌在分解纤维素生物质方面比其他纤维素降解剂更有效，因此它们的酶可能比已知的纤维素酶更具活性和/或它们已经开发出新的生物质降解策略，”Tsang建议道。

该团队的一项研究结果来自比较分析，其中涉及两种嗜热真菌中一种糖苷水解酶家族的扩大规模，与更熟悉的(已经测序的)真菌里氏木霉相比。由于水解是简单的可发酵糖从多糖中释放出来的化学反应，研究人员认为这种扩展“可能已经演变成一种改变的生物多糖解构策略，与其他物种如里氏木霉相比。”根据这些结果，研究人员得出结论，嗜热毁丝霉和T. terrestris对大规模生物燃料生产非常有用。

“这些嗜热真菌代表了生物精炼厂的优良宿主，其中生物质被转化为生物燃料，作为现代炼油厂的替代品，”格里戈里耶夫说。“这些生物体不仅可以提供广谱的耐热酶，而且还可以提供新的酶，并且可以针对工业流程进行优化，这一事实对于对现有系统进行重大改进具有很大希望。”

美国能源部联合基因组研究所在美国能源部科学办公室的支持下，致力于推进基因组学研究，以支持与清洁能源生产，环境特征描述和清理相关的DOE任务。总部位于加利福尼亚州Walnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量测序和计算分析，使基于系统的科学方法能够应对这些挑战。

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