Китайские ученые с помощью тяжелоионного пучка вывели термостойкий штамм молочнокислых бактерий

Исследователи Института современной физики Китайской академии наук и Национальной ключевой лаборатории науки и технологий тяжелых ионов с использованием пучка ионов углерода на Ланьчжоуской установке исследований тяжелых ионов HIRFL успешно вывели промышленный штамм молочнокислых бактерий, устойчивый к высоким температурам. Разработка позволила реализовать низкозатратное производство молочной кислоты из биомассы сладкого сорго — несырьевого для продовольствия растительного ресурса. Результаты опубликованы в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering Американского химического общества.

Биопроизводство молочной кислоты на основе непищевой биомассы сладкого сорго пока сталкивается с серьезными экономическими вызовами. Высокотемпературное биопроизводство может снижать риск загрязнения, уменьшать энергопотребление, повышать эффективность массопереноса и выход продукта, что дает заметные производственные преимущества. Однако большинство промышленных молочнокислых бактерий способны выдерживать температуру лишь около 50 °C, а дальнейшее повышение температуры брожения приводит к резкому снижению их метаболической активности.

Для решения этой проблемы исследовательская группа применила технологию мутагенеза тяжелоионным пучком и получила промышленный штамм молочнокислых бактерий со значительно повышенной термоустойчивостью. Установлено, что новый штамм при высоких температурах демонстрирует хорошие показатели выживаемости, роста и ферментационной активности.

С помощью сравнительной геномики и анализа транскрипционной экспрессии ученые выявили два ключевых мутировавших гена, тесно связанных с повышением температурной устойчивости штамма. На этой основе была разработана соответствующая двухэтапная стратегия ферментации с повышением температуры. Она позволила существенно улучшить способность термостойкого штамма к образованию кислоты и повысить эффективность преобразования сырья.

Авторы отмечают, что работа показывает преимущества тяжелоионного мутагенеза в селекции промышленных микроорганизмов и позволяет быстро отбирать сложные промышленные признаки. Исследование также предлагает новую стратегию для высокоценного использования непищевых биомассных ресурсов и развития зеленого биопроизводства.

Работа выполнена Институтом современной физики, Ганьсуйским аграрным университетом и Байиньским инновационным исследовательским институтом биоиндустрии тяжелоионных пучков. Первым автором статьи стала аспирантка Шань Вэньвэнь, авторами для корреспонденции — молодой исследователь Института современной физики Ху Вэй и исследователь Чжоу Либинь. Проект получил поддержку Национального фонда естественных наук Китая, программы «Молодые таланты Лунъюаня» и научно-технологической программы города Ланьчжоу.