Zymomonas mobilis - Zymomonas mobilis
| Zymomonas mobilis | |
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| Wissenschaftliche Klassifikation | |
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| Befehl: | |
| Familie: |
Zymomonadengewächse
Hördt et al . 2020
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| Gattung: |
Zymomonas
Kluyver und van Niel 1936 (Genehmigte Listen 1980)
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| Spezies: |
Z. mobilis
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| Binomialer Name | |
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Zymomonas mobilis (Lindner 1928) De Ley und Swings 1976
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| Unterart | |
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| Synonyme | |
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Zymomonas mobilis ist ein gramnegatives , fakultativ anaerobes , nicht sporulierendes, stäbchenförmiges Bakterium mit polaren Geißeln. Es ist die einzige Art, die in der Gattung Zymomonas gefunden wird . Es hat bemerkenswerteFähigkeiten zur Produktion von Bioethanol , die Hefe in einigen Aspektenübertreffen. Es wurde ursprünglich aus alkoholischen Getränken wie dem afrikanischen Palmwein, dem mexikanischen Pulque und auch als Verunreinigung von Apfelwein und Bier (Apfelweinkrankheit und Bierverderb) in europäischen Ländernisoliert.
Bierverderb
Zymomonas ist ein unerwünschtes Wasserbakterium im Bier , das aufgrund der Produktion von Acetaldehyd und Schwefelwasserstoff einen Ester-Schwefel-Geschmack erzeugt . Dies kann mit einem faulen Apfelgeruch oder einem fruchtigen Geruch verglichen werden. Zymomonas wurden in Lagerbierbrauereien aufgrund der niedrigen Temperaturen (8–12 °C) und der strengen Kohlenhydratanforderungen (die nur Saccharose , Glucose und Fructose fermentieren können ) nicht berichtet. Es wird häufig in fasskonditionierten Ales gefunden, bei denen Zündzucker verwendet wird, um das Bier zu karbonisieren. Die optimale Wachstumstemperatur beträgt 25 bis 30 Grad Celsius.
Ethanolproduktion
Zymomonas mobilis baut Zucker über den Entner-Doudoroff-Weg zu Pyruvat ab . Das Pyruvat wird dann fermentiert , um als einzige Produkte Ethanol und Kohlendioxid (analog zu Hefe) zu produzieren.
Die Vorteile von Z. mobilis gegenüber S. cerevisiae in Bezug auf die Herstellung von Bioethanol :
- höhere Zuckeraufnahme und Ethanolausbeute (bis zu 2,5 mal höher),
- geringere Biomasseproduktion,
- höhere Ethanoltoleranz bis 16% (v/v),
- erfordert keine kontrollierte Sauerstoffzufuhr während der Fermentation,
Trotz dieser attraktiven Vorteile verhindern jedoch mehrere Faktoren die kommerzielle Verwendung von Z. mobilis in der Zellulose-Ethanol- Produktion. Die größte Hürde besteht darin, dass sein Substratspektrum auf Glucose , Fructose und Saccharose beschränkt ist . Z. mobilis vom Wildtyp kann C5-Zucker wie Xylose und Arabinose, die wichtige Bestandteile von Lignocellulosehydrolysaten sind, nicht fermentieren. Im Gegensatz zu E. coli und Hefe kann Z. mobilis toxische Inhibitoren, die in Lignocellulosehydrolysaten wie Essigsäure und verschiedene Phenolverbindungen enthalten sind, nicht tolerieren. Die Konzentration von Essigsäure in Lignocellulosehydrolysaten kann bis zu 1,5% (w/v) betragen, was weit über der Toleranzschwelle von Z. mobilis liegt .
Es wurden mehrere Versuche unternommen, Z. mobilis zu entwickeln, um seine inhärenten Mängel zu überwinden. Das National Renewable Energy Laboratory (NREL), USA, hat maßgeblich dazu beigetragen, sein Substratsortiment um C5-Zucker wie Xylose und Arabinose zu erweitern. , Essigsäureresistente Stämme von Z. mobilis wurden durch rationale metabolische Engineering-Bemühungen, Mutagenesetechniken oder adaptive Mutation entwickelt. , Wenn diese gentechnisch veränderten Stämme jedoch Mischzucker in Gegenwart von Inhibitoren metabolisieren, sind die Ausbeute und Produktivität viel geringer, was ihre industrielle Anwendung verhindert.
Zur Verbesserung der Xylose-Fermentation in Z. mobilis wurde ein umfangreicher Adaptionsprozess eingesetzt . Durch die Anpassung eines Stammes an eine hohe Xylosekonzentration traten signifikante Veränderungen des Stoffwechsels auf. Eine auffällige Veränderung war der reduzierte Xylit-Spiegel, ein Nebenprodukt der Xylose-Fermentation, das den Xylose-Stoffwechsel des Stamms hemmen kann. Einer der Gründe für die geringere Xylit-Produktion war die Mutation in einem mutmaßlichen Gen, das für eine Aldo-Keto-Reduktase kodiert, die die Reduktion von Xylose zu Xylit katalysiert. ,
Ein interessantes Merkmal von Z. mobilis ist, dass seine Plasmamembran Hopanoide enthält , pentazyklische Verbindungen, die eukaryontischen Sterolen ähnlich sind . Dies ermöglicht ihm eine außergewöhnliche Toleranz gegenüber Ethanol in seiner Umgebung von etwa 13%.
Zymomonas mobilis wird traditionell zur Herstellung von Pulque verwendet .
Genom
Das Genom des Z. mobilis- Stammes ZM4 wurde sequenziert und enthält 2.056.416 bp, die 1.998 Protein-kodierende Gene kodieren. Dabei zeigte sich, dass Z. mobilis Glucose nur über den Entner-Doudoroff-Weg verstoffwechseln kann und nicht den Embden-Meyerhof-Parnas-Weg nutzen kann .