Zymomonas mobilis es una bacteria gramnegativa , anaerobia facultativa, no esporulante, polarmente flagelada y con forma de bastoncillo. Es la única especie que se encuentra en el género Zymomonas . [2] Tiene notablescapacidades de producción de bioetanol , que superan a la levadura en algunos aspectos. Originalmente se aisló de bebidas alcohólicas como el vino de palma africana, el pulque mexicano, y también como contaminante de la sidra y la cerveza (enfermedad de la sidra y deterioro de la cerveza) en los países europeos.
Zymomonas mobilis | |
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clasificación cientifica | |
Dominio: | |
Filo: | |
Clase: | |
Pedido: | |
Familia: | Zymomonadaceae Hördt y col . 2020 [1] |
Género: | Zymomonas Kluyver y van Niel 1936 (listas aprobadas 1980) |
Especies: | Z. mobilis |
Nombre binomial | |
Zymomonas mobilis (Lindner 1928) De Ley y columpios 1976 | |
subespecie [2] | |
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Sinónimos [2] | |
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Deterioro de la cerveza
Zymomonas es una bacteria no deseada del agua en la cerveza , que crea un sabor a sulfuro de éster debido a la producción de acetaldehído y sulfuro de hidrógeno . Esto se puede comparar con un olor a manzana podrida o un olor afrutado. Zymomonas no se ha informado en las cervecerías lager debido a las bajas temperaturas (8-12 ° C) y los estrictos requisitos de carbohidratos (capaces de fermentar solo sacarosa , glucosa y fructosa ). Se encuentra comúnmente en las ales acondicionadas en barrica donde se usa azúcar de imprimación para carbonatar la cerveza. La temperatura óptima de crecimiento es de 25 a 30 grados centígrados.
Producción de etanol
Zymomonas mobilis degrada los azúcares a piruvato utilizando la vía Entner-Doudoroff . Luego, el piruvato se fermenta para producir etanol y dióxido de carbono como únicos productos (análogo a la levadura).
Las ventajas de Z. mobilis sobre S. cerevisiae con respecto a la producción de bioetanol :
- mayor absorción de azúcar y rendimiento de etanol (hasta 2,5 veces mayor), [3]
- menor producción de biomasa,
- mayor tolerancia al etanol hasta un 16% (v / v), [4]
- no requiere la adición controlada de oxígeno durante la fermentación,
Sin embargo, a pesar de estas atractivas ventajas, varios factores impiden el uso comercial de Z. mobilis en la producción de etanol celulósico . El principal obstáculo es que su rango de sustrato se limita a glucosa , fructosa y sacarosa . Z. mobilis de tipo salvaje no puede fermentar azúcares C5 como la xilosa y la arabinosa, que son componentes importantes de los hidrolizados lignocelulósicos. A diferencia de E. coli y la levadura, Z. mobilis no puede tolerar los inhibidores tóxicos presentes en los hidrolizados lignocelulósicos como el ácido acético y varios compuestos fenólicos. [5] La concentración de ácido acético en hidrolizados lignocelulósicos puede ser tan alta como 1,5% (p / v), que está muy por encima del umbral de tolerancia de Z. mobilis .
Se han hecho varios intentos de diseñar Z. mobilis para superar sus deficiencias inherentes. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de EE. UU. Ha realizado contribuciones significativas para ampliar su gama de sustratos para incluir azúcares C5 como la xilosa y la arabinosa. [6] , [7] Se han desarrollado cepas de Z. mobilis resistentes al ácido acético mediante esfuerzos racionales de ingeniería metabólica, técnicas de mutagénesis [8] o mutaciones adaptativas. [9] , [10] Sin embargo, cuando estas cepas modificadas metabolizan azúcares mixtos en presencia de inhibidores, el rendimiento y la productividad son mucho menores, lo que impide su aplicación industrial.
Se utilizó un extenso proceso de adaptación para mejorar la fermentación de xilosa en Z. mobilis . [9] Al adaptar una cepa en una alta concentración de xilosa, se produjeron alteraciones significativas del metabolismo. Un cambio notable fue la reducción de los niveles de xilitol, un subproducto de la fermentación de xilosa que puede inhibir el metabolismo de la xilosa de la cepa. Una de las razones de la menor producción de xilitol fue la mutación en un gen putativo que codifica una aldo-ceto reductasa que cataliza la reducción de xilosa a xilitol. [11] , [12]
Una característica interesante de Z. mobilis es que su membrana plasmática contiene hopanoides , compuestos pentacíclicos similares a los esteroles eucariotas . Esto le permite tener una tolerancia extraordinaria al etanol en su entorno, alrededor del 13%.
Zymomonas mobilis se usa tradicionalmente para hacer tequila .
Genoma
El genoma de la cepa ZM4 de Z. mobilis ha sido secuenciado y contiene 2.056.416 pb que codifican 1.998 genes codificadores de proteínas. [13] Esto reveló que Z. mobilis solo puede metabolizar la glucosa a través de la vía Entner-Doudoroff y no es capaz de utilizar la vía Embden-Meyerhof-Parnas .
Referencias
- ^ Hördt, Anton; López, Marina García; Meier-Kolthoff, Jan P .; Schleuning, Marcel; Weinhold, Lisa-Maria; Tindall, Brian J .; Gronow, Sabine; Kyrpides, Nikos C .; Woyke, Tanja; Göker, Markus (7 de abril de 2020). "El análisis de genomas de más de 1000 tipos de cepas mejora sustancialmente la clasificación taxonómica de Alphaproteobacteria" . Fronteras en microbiología . 11 : 468. doi : 10.3389 / fmicb.2020.00468 . PMC 7179689 . PMID 32373076 .
- ^ a b c Entrada LPSN para Zymomonas
- ^ Rogers P; Puerro; Skotnicki M; Tribu D (1982). Reacciones microbianas: producción de etanol por Zymomonas mobilis . Nueva York: Springer-Verlag. págs. 37–84. ISBN 978-3-540-11698-1.
- ^ Columpios, J; De Ley, J (marzo de 1977). "La biología de Zymomonas" . Revisiones bacteriológicas . 41 (1): 1–46. doi : 10.1128 / MMBR.41.1.1-46.1977 . PMC 413995 . PMID 16585 .
- ^ Doran-Peterson, Joy; Cook, Dana M .; Brandon, Sarah K. (2008). "Conversión microbiana de azúcares de biomasa vegetal en ácido láctico o etanol" . The Plant Journal . 54 (4): 582–592. doi : 10.1111 / j.1365-313X.2008.03480.x . PMID 18476865 .
- ^ Zhang, M; Eddy, C; Deanda, K; Finkelstein, M; Picataggio, S (13 de enero de 1995). "Ingeniería metabólica de una vía de metabolismo de las pentosas en Zymomonas mobilis ethanologenic". Ciencia . 267 (5195): 240–3. Código Bibliográfico : 1995Sci ... 267..240Z . doi : 10.1126 / science.267.5195.240 . PMID 17791346 .
- ^ Deanda, K; Zhang, M; Eddy, C; Picataggio, S (1996). "Desarrollo de una cepa de Zymomonas mobilis fermentadora de arabinosa por ingeniería de vías metabólicas" . Microbiología aplicada y ambiental . 62 (12): 4465–70. doi : 10.1128 / AEM.62.12.4465-4470.1996 . PMC 168273 . PMID 8953718 .
- ^ Joachimsthal, EL; Rogers, PL (2000). "Caracterización de una cepa recombinante de alta productividad de Zymomonas mobilis para la producción de etanol a partir de mezclas de glucosa / xilosa". Bioquímica y Biotecnología Aplicadas . 84–86 (1–9): 343–56. doi : 10.1385 / abab: 84-86: 1-9: 343 . PMID 10849801 .
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- ^ Agrawal, Manoj; Chen, Rachel Ruizhen (2011). "Descubrimiento y caracterización de una xilosa reductasa de Zymomonas mobilis ZM4". Cartas de biotecnología . 33 (11): 2127–2133. doi : 10.1007 / s10529-011-0677-6 . PMID 21720846 .
- ^ Chen, Rachel; Agrawal M. (2012). "Aplicaciones industriales de una nueva aldo / ceto reductasa de Zymomonas Mobilis " . Solicitud de patente estadounidense 20120196342 .
- ^ Seo, Jeong-Sun; Chong, Hyonyong; Park, Hyun Seok; Yoon, Kyoung-Oh; Jung, Cholhee; Kim, Jae Joon; Hong, Jin Han; Kim, Hyungtae; Kim, Jeong-Hyun; Kil, Joon-Il; Park, Cheol Ju; Oh, Hyun-Myung; Lee, Jung-Soon; Jin, Su-Jung; Um, Hye-Won; Lee, Hee-Jong; Oh, Soo-Jin; Kim, Jae Young; Kang, Hyung Lyun; Lee, Se Yong; Lee, Kye Joon; Kang, Hyen Sam (enero de 2005). "La secuencia del genoma de la bacteria etanologica Zymomonas mobilis ZM4" . Nat. Biotechnol . 23 (1): 63–8. doi : 10.1038 / nbt1045 . PMC 6870993 . PMID 15592456 .
enlaces externos
- Tecnología de fermentación de etanol: Zymomonas mobilis
- Página del genoma de Zymomonas mobilis ZM4
- Tipo de cepa de Zymomonas mobilis en Bac Dive - la base de metadatos de diversidad bacteriana