Onderzoek naar mutaties en mechanismen om het ethanol tolerantieniveau in bacteriën te verhogen.

Bio-ethanol wordt beschouwd als een waardevol alternatief voor petroleum-afgeleide brandstoffen omdat de uitstoot van broeikasgassen hierdoor sterk wordt gereduceerd. Bovendien toont de polymeerindustrie grote belangstelling voor dit alcohol omdat het als precursor molecule kan gebruikt worden in de productie van verschillende kunststoffen, waaronder plexiglas (PMMA), polyethyleen (PE), polyvinylchloride (PVC) en polyethyleentereftalaat (PET). De grote vraag in de industrie- en transportsector maakt duidelijk dat de aanvoer van bioethanol ook in de toekomst gegarandeerd moet blijven.

Bio-ethanol is meestal afkomstig van een microbieel fermentatieproces waarin suikers (uit algen, lignocellulose, sucroserijke of zetmeelrijke biomassa) een centrale rol vervullen. Ethanol is echter een giftig solvent en vermindert de overleving van industriële stammen, wat de productie onvermijdelijk belemmert. Daarom zou het optimaliseren van het tolerantieniveau een geschikte oplossing kunnen zijn om de omzetting van biomassa in bio-ethanol efficiënter te maken. In dit project focussen we ons op de aanpassingsmechanismen van Escherichia coli als antwoord op lethale ethanol dosissen. Hiervoor, hebben we eerst een lijst met kandidaat-puntmutaties samengesteld op basis van een mutatiedataset die voortkwam uit een lange termijnevolutie-experiment onder toenemende ethanolconcentraties. Voor verder onderzoek, hebben we een beperkt aantal SNP’s geselecteerd die vaak voorkwamen in verschillende parallel geëvolueerde populaties. Een daarvan bevond zich in het EnvZ/OmpR-signaaltransductiesysteem dat de osmolariteit van de omgeving opmeet en een sleutelrol speelt bij cellulaire aanpassingen aan extreme osmotische omstandigheden. De anderen bevonden zich in genen die betrokken zijn bij de biosynthese van membraanvetzuren. Om de relevantie van deze diverse SNP's voor ethanoltolerantie in vivo te testen, werden deze mutaties geïsoleerd uit hun overeenkomstige geëvolueerde klonen en geïntroduceerd in de originele, ethanolgevoelige voorouder. Nadat hun oorzakelijk verband was bevestigd, werd het mechanisme van deze SNP's dat bijdraagt tot het tolerantie fenotype ook grondig onderzocht. Deze resultaten hebben aangetoond dat het versterken van het celomhulsel, door het stabiliseren van het buitenmembraan en het optimaliseren van de membraanvetzuursamenstelling, essentieel is om dodelijke ethanolstress te overleven. Ten slotte werden de CRISPR gegenereerde E. coli-mutanten ook geëvalueerd in termen van ethanolproductie om na te gaan of verbeterde ethanoltolerantie de microbiële productiviteit bevordert.