Новые исследования показывают, что разнообразие микробного сообщества, вовлеченного в процессы спиртового брожения сахарного тростника, играет значительную роль в его эффективности.
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Communications, изучалось, как бактерии, обычно присутствующие в процессе ферментации этанола, влияют на производственный процесс. Тщательное изучение взаимодействий между дрожжами и бактериями позволяет предположить, что промышленность может повысить как общую производительность, так и снизить стоимость процессов ферментации за счет более пристального внимания к выбору разнообразных микробных сообществ.
Ученые исследовали взаимодействия дрожжи-бактерии при ферментации этанола сахарного тростника, воссоздав все возможные комбинации структуры микробного сообщества, охватив около 80% биоразнообразия, присутствующего в промышленных процессах, и прежде всего одну бактерию, заслуживающую повышенного внимания: Lactobacillus amylovorus. Главная причина в том, что она производит много ацетальдегида, который используется для питания дрожжей и тем самым помогает им расти. Можно сказать, что Lactobacillus amylovorus более щедра по природе и делится едой, в то время как многие другие бактерии, вовлеченные в эти процессы, предпочитают просто красть еду.
"Она работает почти так же, как и пробиотик, который защищает плохие бактерии от проникновения в систему. И она растет в симбиозе с дрожжами, что очень полезно для промышленного процесса", - говорит Фелипе Лино, первый автор статьи.
Таким образом, компании могли бы воспользоваться преимуществами выбора не только идеального штамма дрожжей для производства, как они начали это делать уже в 90-х годах, но и выбрать наиболее подходящие бактерии. Усилия, которые могут обернуться дивидендами уже в краткосрочной перспективе.
При использовании этого пробиотика в ферментации этанола производительность ферментации может увеличиться на 3%. Если кажется, что 3% звучат как довольно низкое число, это определенно не так. По данным бразильского Biofuels Annual 2019, общий объем производства этанола в Бразилии в 2019 году составил 34,5 млрд. литров, при этом внутренний спрос составляет 34 млрд. литров. Эта страна имеет крупнейший автопарк, использующий этанол, полученный из сахарного тростника, в качестве альтернативного нефти топлива. Таким образом, выбор правильных бактерий может увеличить производство этанола в Бразилии более чем на миллиард литров в год.
Эти цифры свидетельствуют о том, что оптимизированные процессы ферментации обладают большим потенциалом. Одним из способов начать обеспечивать более эффективное промышленное производство этанола было бы применение более целенаправленных подходов и отход от стратегии "один размер подходит всем", при которой обработка серной кислотой используется без дальнейшего рассмотрения вопроса о снижении pH и проблемы уничтожении бактерий. Это было бы выгодно как с экономической, так и с экологической точки зрения, - говорит соавтор работы Мортен Соммер.
Эти данные наглядно демонстрируют биотехнологическое значение всестороннего изучения микробных сообществ и могут быть распространены на другие микробные системы, имеющие отношение к здоровью человека и окружающей среде.
