Chỉ số tinh thể của cellulose: các kỹ thuật đo đạc và tác động của chúng đến việc diễn giải hiệu suất của cellulase Dịch bởi AI - 2010
Sunkyu Park, John O. Baker, Michael E. Himmel, Philip A. Parilla, David K. Johnson
Mặc dù chỉ số tinh thể (CI) đã được đo lường từ lâu, nhưng đã phát hiện ra rằng CI thay đổi đáng kể tùy thuộc vào phương pháp đo được chọn. Trong nghiên cứu này, bốn kỹ thuật khác nhau kết hợp nhiễu xạ tia X và cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 rắn (NMR) đã được so sánh bằng cách sử dụng tám chế phẩm cellulose khác nhau. Chúng tôi nhận thấy rằng phương pháp đơn giản nhất, cũng là phương pháp phổ biến nhất, liên quan đến việc đo chỉ hai độ cao trong phổ nhiễu xạ tia X, đã tạo ra giá trị độ tinh thể cao hơn đáng kể so với các phương pháp khác. Dữ liệu trong tài liệu về chế phẩm cellulose đã sử dụng (Avicel PH-101) hỗ trợ cho nhận định này. Chúng tôi tin rằng các phương pháp XRD và NMR thay thế được trình bày ở đây, mà xem xét các đóng góp từ cellulose vô định hình và tinh thể vào toàn bộ phổ XRD và NMR, cung cấp một phép đo chính xác hơn về độ tinh thể của cellulose. Mặc dù cellulose có hàm lượng vô định hình cao thường dễ bị vi sinh vật phân hủy hơn, nhưng không rõ ràng, dựa trên các nghiên cứu được công bố trong tài liệu, liệu CI có thực sự cung cấp chỉ số rõ ràng về khả năng tiêu hóa của một mẫu cellulose hay không. Khả năng tiếp cận cellulose nên bị ảnh hưởng bởi độ tinh thể, nhưng cũng có khả năng bị ảnh hưởng bởi một số thông số khác, chẳng hạn như hàm lượng và phân bố lignin/hemicellulose, độ xốp và kích thước hạt. Với sự phụ thuộc vào phương pháp đo CI cellulose và bản chất phức tạp của sự tương tác của cellulase với cellulose vô định hình và tinh thể, chúng tôi cảnh báo không nên cố gắng tương quan những thay đổi tương đối nhỏ trong CI với những thay đổi trong khả năng tiêu hóa cellulose. Ngoài ra, dự đoán hiệu suất của cellulase dựa trên các mức chuyển đổi cellulose thấp có thể không bao gồm đủ sự tiêu hóa của thành phần tinh thể để có ý nghĩa.
Furfural gây ra sự tích lũy các loài oxy phản ứng và tổn thương tế bào ở Saccharomyces cerevisiae Dịch bởi AI Tập 3 Số 1 - 2010
Sandra A Allen, William G. Clark, J. Michael McCaffery, Zhen Cai, Alison A. Lanctot, Patricia J. Slininger, Z. Lewis Liu, Steven Ward Gorsich
Tóm tắt
Đặt vấn đề
Sinh khối sinh học cung cấp một lựa chọn khả thi thay thế cho nhiên liệu dựa trên dầu mỏ. Tuy nhiên, các phương pháp hiện tại chưa đủ hiệu quả và công nghệ cần thiết để sử dụng sinh khối lignocellulosic như một nền tảng lên men gặp nhiều thách thức. Một trong những thách thức là cần có một vi sinh vật lên men mạnh mẽ có khả năng chịu đựng các chất ức chế có mặt trong quá trình lên men lignocellulosic. Những chất ức chế này bao gồm furan aldehyde, furfural, được giải phóng như một sản phẩm phụ của sự khử nước pentose trong quá trình xử lý axit yếu của lignocellulose. Để tồn tại trong môi trường có mặt furan, các tế bào nấm men không chỉ cần giảm furfural thành furan methanol ít độc hại hơn mà còn phải tự bảo vệ và sửa chữa bất kỳ tổn thương nào do furfural gây ra. Vì khả năng chịu đựng furfural ở nấm men yêu cầu một con đường phốt phát pentose (PPP) hoạt động, và PPP liên quan đến khả năng chịu đựng các loài oxy phản ứng (ROS), chúng tôi quyết định điều tra liệu furfural có kích thích ROS và tổn thương tế bào liên quan hay không ở nấm men.
Sự rối loạn trong tổng hợp lignin ảnh hưởng đến thành phần dãy tế bào thứ cấp và năng suất saccharification ở Arabidopsis thaliana Dịch bởi AI Tập 6 Số 1 - 2013
Rebecca Van Acker, Ruben Vanholme, Véronique Storme, Jenny C. Mortimer, Paul Dupree, Wout Boerjan
Tóm tắt
Nền tảng
Các nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai thường được sản xuất từ các polysaccharide trong sinh khối thực vật lignocellulosic, chủ yếu là cellulose. Tuy nhiên, vì cellulose được nhúng trong một ma trận các polysaccharide khác và lignin, việc thủy phân cellulose thành glucose có thể lên men bị cản trở. Các thân hoa đã già của một tập hợp 20 đột biến Arabidopsis thaliana ở 10 gen khác nhau của con đường tổng hợp lignin đã được phân tích để xác định thành phần tế bào và năng suất saccharification. Các mô hình saccharification đã được xây dựng để làm rõ các tham số tường tế bào nào đã góp phần vào tính khó khăn trong tường tế bào.
Kết quả
Mặc dù lignin là một polymer chính cung cấp sức mạnh cần thiết cho khả năng phát triển lên của cây, nhưng việc giảm hàm lượng lignin xuống còn 64% mức tự nhiên ở Arabidopsis vẫn được dung nạp mà không có bất kỳ hình phạt nào cho sự phát triển. Trái ngược với quan niệm thông thường, chúng tôi phát hiện ra rằng việc giảm lignin không được bù đắp bởi việc tăng cellulose, mà là bởi việc tăng các polysaccharide trong ma trận. Ở hầu hết các đột biến lignin, năng suất saccharification được cải thiện với tỷ lệ chuyển đổi cellulose đạt tới 88% cho các đột biến cinnamoyl-coenzyme A reductase1 trong điều kiện xử lý trước, trong khi tỷ lệ chuyển đổi cellulose của loại hoang dã chỉ đạt 18%. Các mô hình saccharification và ma trận tương quan Pearson đã chỉ ra rằng hàm lượng lignin là yếu tố chính xác định năng suất saccharification. Tuy nhiên, cả thành phần lignin, hàm lượng và thành phần polysaccharide ma trận, đặc biệt là hàm lượng xylose, galactose và arabinose cũng ảnh hưởng đến năng suất saccharification. Đáng chú ý, hàm lượng cellulose không ảnh hưởng đáng kể đến năng suất saccharification.
Kết luận
Mặc dù hàm lượng lignin có ảnh hưởng chính đến saccharification, nhưng cũng có thể kỹ thuật hóa các yếu tố tường tế bào khác để có khả năng tăng cường tính khả dụng của tường, chẳng hạn như hàm lượng galactose. Các kết quả của chúng tôi đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về tác động của các rối loạn lignin đến thành phần tường tế bào thực vật và sự ảnh hưởng của nó đến năng suất saccharification, đồng thời cung cấp các mục tiêu tiềm năng mới cho việc cải tiến di truyền.
Phân tích metatranscriptome song song về biểu hiện gen của vật chủ và sinh vật cộng sinh trong ruột của loài mối Reticulitermes flavipes Dịch bởi AI - 2009
Aurélien Tartar, Marsha M. Wheeler, Xuguo Zhou, Monique R. Coy, Drion G. Boucias, Michael E. Scharf
Tóm tắtNền tảngViệc tiêu hóa lignocellulose trong mối được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa vật chủ và các sinh vật cộng sinh prokaryote cùng eukaryote. Trong công trình hiện tại, chúng tôi đã áp dụng phương pháp metatranscriptomic kết hợp giữa vật chủ và sinh vật cộng sinh để điều tra những đóng góp trong tiêu hóa của vật chủ và sinh vật cộng sinh ở loài mối dưới Reticulitermes flavipes. Phương pháp của chúng tôi bao gồm việc giải trình tự đồng thời ở quy mô lớn từ (i) thư viện cDNA của ruột vật chủ và (ii) thư viện cDNA của sinh vật cộng sinh ở ruột sau. Sau đó, chúng tôi đã tiến hành phân tích chức năng của các phenoloxidase vừa được xác định với tầm quan trọng tiềm năng như là enzyme xử lý trước trong quy trình lignocellulose công nghiệp.
Kết quảHơn 10.000 đoạn trình tự biểu hiện (EST) đã được giải mã từ 2 thư viện, trong đó tương ứng với 6.555 bản sao tiềm năng, bao gồm 171 gen lignocellulase tiềm năng. Phân tích trình tự đã cung cấp những hiểu biết ở hai lĩnh vực. Thứ nhất, một tập hợp bổ sung không chồng chéo của các gia đình gen glycohydrolase ở vật chủ và sinh vật cộng sinh (bao gồm prokaryote và protist) đã được xác định, được biết đến với việc tham gia vào sự phân hủy cellulose, hemicellulose, carbohydrate alpha và chitin. Trong số này, cellulose được đóng góp bởi cả gen vật chủ và sinh vật cộng sinh, trong khi hemicellulase chỉ được đóng góp bởi gen sinh vật cộng sinh. Thứ hai, một tập hợp đa dạng của các gen chưa được biết đến trước đó mã hóa các protein có tính tương đồng với lignase, enzyme chống oxy hóa và enzyme giải độc đã được xác định độc quyền từ thư viện vật chủ (laccase, catalase, peroxidase, superoxide dismutase, carboxylesterase, cytochrome P450). Tiếp theo, phân tích chức năng của hoạt động phenoloxidase đã cung cấp kết quả tương ứng chặt chẽ với các mẫu biểu hiện gen laccase. Cụ thể, hoạt động phenoloxidase và biểu hiện gen laccase chủ yếu được giới hạn ở các mô không có sinh vật cộng sinh ở ruột trước và tuyến nước bọt, và hoạt động phenoloxidase có thể được kích thích bởi việc cung cấp lignin.
Kết luậnChúng tôi cho rằng đây là lần đầu tiên một nỗ lực giải trình tự transcriptome kép ở vật chủ và sinh vật cộng sinh được thực hiện trong một loài mối duy nhất. Cơ sở dữ liệu trình tự này đại diện cho một nguồn tài nguyên gen mới quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo về tiêu hóa hợp tác của vật chủ-sinh vật cộng sinh trong mối, cũng như phát triển các chất xúc tác sinh học có nguồn gốc từ vật chủ và sinh vật cộng sinh đã cùng tiến hóa để sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp biến đổi sinh khối thành bioethanol. Ngoài ra, nghiên cứu này cho thấy: (i) hoạt động phenoloxidase nổi bật trong ruột R. flavipes và không xuất phát từ sinh vật cộng sinh, (ii) mở rộng số lượng các gia đình glycosyl hydrolase đã biết của vật chủ và sinh vật cộng sinh trong Reticulitermes, và (iii) củng cố các mô hình trước đó về sự phân hủy lignin và sự hợp tác giữa vật chủ-сinh vật cộng sinh trong tiêu hóa cellulose/hemicellulose trong ruột mối. Tất cả các trình tự trong bài báo này đều có sẵn công khai với các số đăng ký FL634956-FL640828 (thư viện ruột mối) và FL641015-FL645753 (thư viện sinh vật cộng sinh).
