امکان سنجی تخمیر مستقیم اتانول از سوبسترای نشاسته توسط سویه نوترکیب ساکارومایسس سرویزیه

اتانول یکی از منابع انرژی تجدید پذیر و سازگار با محیط زیست است که می تواند به صورت مستقیم و یا مخلوط با سوخت های دیگر به عنوان سوخت اتومبیل ها به کار گرفته می شود. به طور کلی، تولید اتانول به واسطه تخمیر قند های ساده مانند گلوکز و سوکروز توسط میکروارگانیسم ها در شرایط بی هوازی انجام می گردد که به دلیل تولید اتانول در این روش از طریق فرایند های زیستی، این نوع از اتانول را بیواتانول یا اتانول زیستی می نامند. ساکارومایسس سرویزیه، که سویه اصلی تولید کننده اتانول می باشد، تنها قادر است از ترکیبات ساده کربنی مانند گلوکز و ساکاروز اتانول تولید نماید و به این منظور صنایع تولید اتانول وابسته به مواد اولیه قندی مانند ملاس نیشکر هستند، که محدودیت این ماده و قیمت بالای آن، صنایع اتانول را با محدودیت های زیادی در تامین مواد اولیه خود رو به رو کرده است. از این رو جایگزینی سوبسترا به یکی از مهمترین اهداف در زمینه بیوتکنولوژی اتانول تبدیل گردیده است. در کشور هایی با آب و هوای خشک مانند ایران، نشاسته که ترکیب اصلی در ساختار دانه های غلات است یکی از فراوان ترین و در دسترس ترین منابع کربنی می باشد، از این رو این ترکیب می تواند یکی از بهترین پیش ماده ها برای استفاده در صنعت بیواتانول باشد. بزرگترین مشکل در این روش تولیدی، عدم توانایی ساکارومایسس سرویزیه در تجزیه نشاسته است، و از این رو تولید اتانول از نشاسته مستلزم مصرف انرژی بالایی در محلول سازی و تجزیه نشاسته می باشد. در این پژوهش استفاده از ساکارومایسس سرویزیه، بیان کننده ژن آنزیم تجزیه کننده نشاسته برای تولید مستقیم اتانول از نشاسته مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور ژن آلفا آمیلاز از مخمر شوانیومایسس اکسیدنتالیس، که یکی از مخمر های قدرتمند در تجزیه نشاسته است، جداسازی شده و توسط ناقل p456 تحت کنترل سه پروموتر بیانی مختلف gpd، tef، adh1 در مخمر ساکارومایسس سرویزیه بیان گردید. در این شرایط، سه سویه نوترکیب به دست آمده که به علت تفاوت قدرت پروموتری، این سویه ها آلفا آمیلاز را به میزان متفاوت تولید می نمایند. پس از طراحی سویه های نوترکیب عملکرد ژن در محیط دارای نشاسته بررسی شده و پس از تایید عملکرد سویه های نوترکیب، قدرت تخمیری این سویه ها بر روی نشاسته در شرایط بی هوازی بررسی گردید. بر طبق این آزمایش ها، با استفاده از سویه هایی که آنزیم یکسان را تحت کنترل پروموتر های با قدرت متفاوت بیان می نمودند، اثر فشار متابولیک را در شرایط تولید به عنوان یکی از فاکتور های اثر گذار در این فرایند مورد بررسی قرار داده و نتایج نهایی این تحقیق معرفی سویه هایی بود که توانایی تولید مستقیم در حدود 2% وزنی اتانول از 5% وزنی نشاسته را دارا بودند. این تحقیقات نشان داد که میزان بیان یک آنزیم، یکی از مهمترین نکات در شرایط تولید بوده و برای دست یابی به عملکرد بهینه سویه، بایستی نقطه تعادلی بین میزان مورد نیاز آنزیم و فشار وارده به سلول بدست آید.