分泌纤维素酶的酵母可大幅减少纤维素乙醇生产中对商业酶的需求

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Cellulase-secreting yeast can substantially reduce commercial enzyme requirements in lignocellulosic ethanol production

　　## 摘要### 背景通过第二代*S. cerevisiae*酵母菌株的胞外纤维素酶分泌能力来降低木质纤维素生物乙醇生产中商业纤维素酶制剂的昂贵成本，被认为是一项具有前景的策略。本研究通过将酶分泌能力工程化引入工业木质纤维素生物乙醇菌株中，开发了Cellusec^?菌株，并在真实原料的同时糖化和发酵（SSF）实验中验证了其应用潜力。### 结果将CBHI、CBHII和EG编码基因各插入单拷贝，以及BGL编码基因三个拷贝插入该菌株中，随后过表达*HAC1i*。重要的是，在整个工程改造过程中对所有中间菌株进行了评估，从而可以识别与连续遗传修饰相关的性能权衡。我们表明，在低温、酶限制条件下，Cellusec^?菌株的无细胞上清液在结晶纤维素糖化过程中，将外源纤维素酶制剂的用量减少了最多53%。在类似条件下，对于来自糠醛生产的纤维素物料（糠醛残渣，FR），Cellusec^?菌株在SSF中的乙醇浓度较非分泌亲本株提高了最多14%。在林业废弃物预处理软木（FW）的SSF中，Cellusec^?菌株实现了高达5.15%（v/v）的乙醇浓度，相比非分泌亲本株提高了25%。CTec3-HS与不同分泌酶之间观察到了明显的底物依赖性协同效应。值得注意的是，最近发现的进程性内切葡聚糖酶*Rf*GH5_4首次在*S. cerevisiae*中实现了表达，并在FW的SSF中与CTec3-HS表现出特别强的协同效应。### 结论这些结果表明，分泌纤维素酶的酵母可在SSF体系下大幅降低木质纤维素生物乙醇生产中的商业酶用量。同时，这些结果也强调了针对特定原料定制酶组合和/或进一步优化分泌酶制剂的重要性。