フルフラール耐性の改善とセルロース系バイオエタノール生産の強化における細胞内レドックス摂動

Intracellular Redox Perturbation in Improved Furfural Tolerance and Enhanced Cellulosic Bioethanol Production.

• Chen-Guang Liu
• Kai Li
• Ke-Yi Li
• Chularat Sakdaronnarong
• Muhammad Aamer Mehmood
• Xin-Qing Zhao
• Feng-Wu Bai

抄録

フルフラールは、リグノセルロース系バイオマスの加水分解物中に含まれる主要な有害副産物であり、リグノセルロース系バイオマスの生育やエタノール発酵を阻害する。 本研究では、フルフラール耐性に及ぼす補酵素の利用可能性に由来する細胞内酸化還元摂動の影響に焦点を当てた。本研究では、フルフラール耐性に及ぼす細胞内レドックスパーチュレーションの影響に焦点を当てた。また、補酵素関連遺伝子の発現に伴い、代謝フラックスの大幅な再分配が観察された。これらの結果から、NADPH を用いた細胞内レドックス摂動がフルフラール耐性に重要な役割を果たしていることが示唆され、リグノセルロース加水分解物を用いて耐性を向上させ、より高いエタノール価を達成するためには、単一遺伝子の操作が有効な戦略であることが示唆された。

Furfural is a major toxic byproduct found in the hydrolysate of lignocellulosic biomass, which adversely interferes with the growth and ethanol fermentation of . The current study was focused on the impact of cofactor availability derived intracellular redox perturbation on furfural tolerance. Here, three strategies were employed in cofactor conversion in : (1) heterologous expression of NADH dehydrogenase () from which catalyzed the NADH to NAD and increased the cellular sensitivity to furfural, (2) overexpression of , and genes responsible for the interconversion of NADPH and NADP, which enhanced the furfural tolerance, (3) expression of NAD(P) transhydrogenase () and NAD kinase () which showed a little impact on furfural tolerance. Besides, a substantial redistribution of metabolic fluxes was also observed with the expression of cofactor-related genes. These results indicated that NADPH-based intracellular redox perturbation plays a key role in furfural tolerance, which suggested single-gene manipulation as an effective strategy for enhancing tolerance and subsequently achieving higher ethanol titer using lignocellulosic hydrolysate.

Copyright © 2020 Liu, Li, Li, Sakdaronnarong, Mehmood, Zhao and Bai.