Het overdragen van lignocellulolytische capaciteit tot een superieure industriële giststam voor de productie van de tweede generatie bio-ethanol.

Bewustzijn van klimaatverandering stimuleert een evolutie van producten richting meer duurzame alternatieven. Een belangrijke drijfveer voor het broeikaseffect is het uitgebreide en toenemende gebruik van fossiele brandstoffen. Om dit probleem te omzeilen worden biobrandstoffen onderzocht als potentiële vervangers, waarvan bioethanol één van de meest belovende biobrandstoffen is. Tweede-generatie bioethanol wordt geproduceerd van lignocellulose dat oorpronkelijk afkomstig is van plantmateriaal. Een belangrijke hindernis in de productie van bioethanol met tweede-generatie grondstoffen is de hoge kost van de enzymen voor de saccharificatie van de lignocellulose biomassa tot fermenteerbare suikers. Gelijktijdige saccharificatie en fermentatie met Saccharomyces cerevisiae gist die een assortiment aan lignocellulolytische enzymen secreteert, zou dit probleem kunnen oplossen, waarbij dit idealiter leidt tot geconsolideerde bioprocessing. Het is echter onduidelijk hoeveel enzymen gelijktijdig gesecreteerd kunnen worden en wat de gevolgen zouden zijn voor de fermentatieprestatie met C6 en C5 suikers en voor de robuustheid van de tweede-generatie giststam. In dit werk hebben we zeven gesecreteerde lignocellulolytische enzymen, namelijk endoglucanase, β-glucosidase, cellobiohydrolase I en II, xylanase, β-xylosidase en acetylxylaan esterase, succesvol tot expressie gebracht in één enkele tweede-generatie industriële S. cerevisiae stam. Deze AC14 stam werd geconstrueerd door middel van opeenvolgende genomische integraties van de zeven heterologe genen die coderen voor deze lignocellulolytische enzymen met behulp van CRISPR/Cas9. Met deze methode werd efficiënte genomische modificatie in een polyploïde, industriële S. cerevisiae stam mogelijk gemaakt. De resulterende stam vertoonde een hoge gesecreteerde activiteit op meerdere polymerische substraten, bereikte 94.5 FPU/g CDW in vitro en maakte onmiddellijke conversie van lignocellulose substraten in ethanol mogelijk in vivo zonder voorafgaande enzymebehandeling. Noch glucose, noch de ingebouwde xylose fermentatie werden significant aangetast door de secretie van de enzymen. Deze AC14 stam kan dus dienen als veelbelovende industriële platform stam voor de ontwikkeling van gistcelfabrieken voor de productie van bio-gebaseerde chemicaliën die de enzymekost voor saccharificatie van lignocellulose grondstoffen significant kan reduceren.