美国联合生物能源研究所（JBEI）通过新的实验方法和基因测序分析，发现了细菌耐受有毒盐溶液的生理机制，有望大大提高微生物抵抗生物燃料生产过程中所使用的盐溶液毒性的能力。研究人员指出，该研究可作为耐离子液微生物基因工程的基础，带来更高效的生物燃料生产工艺。相关论文发表在美国《国家科学院院刊》网站上。
用植物纤维素制造生物燃料要经过复杂的工序和化学预处理，让木质纤维素更容易被微生物消化，这些微生物含有特殊的酶。但用于化学预处理的盐溶液对这些微生物来说却是“有毒”的。
“找到能耐受盐溶液的微生物并理解它们的耐盐机制，有助于大大提高生物燃料的产量。”领导该研究的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的迈克尔·希伦说，“比如森林腐殖土中的微生物，能产生高效的酶分解木质纤维，适应环境变化压力。利用这些有益特性，通过基因工程改造现有的实验室菌种，能让它们在生产生物燃料的过程中对有毒盐溶液的耐受性更强，生产效率更高。”
研究人员分离了一种在热带雨林土壤中发现的肠杆菌属细菌（SCF1），它们能分解植物木质纤维，并且在相对高浓度的盐溶液中长势良好，这些盐溶液对其他菌种来说是高毒性的。
他们对SCF1的基因组进行了测序，发现了多种代谢反应，并将这些反应绘成图谱。还用高通量生长化验和细胞膜成分分析方法，研究了SCF1耐受高浓度盐溶液的机制，并测定了它的所有变异基因。结果发现，该细菌能抵抗盐溶液毒性是因为它们能调节细胞膜的成分，降低细胞渗透性，并增加一种蛋白质的运送，在有毒物质伤害细胞之前，将毒物“泵”出细胞外。
利用生物质生产液态生物燃料可减少人们对化石燃料的依赖，减少温室气体排放，是一种很有前景的技术。希伦说：“寻找并分析和SCF1有类似性质的微生物，将为生物燃料工业带来极大利益。我们的发现可作为耐离子液微生物基因工程的基础，带来更高效的生物燃料生产工艺。”
Global transcriptome response to ionic liquid by a tropical rain forest soil bacterium, Enterobacter lignolyticus
Jane I. Khudyakov, Patrik D’haeseleer, Sharon E. Borglin, Kristen M. DeAngelis, Hannah Woo, Erika A. Lindquist, Terry C. Hazen, Blake A. Simmons, and Michael P. Thelen
To process plant-based renewable biofuels, pretreatment of plant feedstock with ionic liquids has significant advantages over current methods for deconstruction of lignocellulosic feedstocks. However, ionic liquids are often toxic to the microorganisms used subsequently for biomass saccharification and fermentation. We previously isolated Enterobacter lignolyticus strain SCF1, a lignocellulolytic bacterium from tropical rain forest soil, and report here that it can grow in the presence of 0.5 M 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, a commonly used ionic liquid. We investigated molecular mechanisms of SCF1 ionic liquid tolerance using a combination of phenotypic growth assays, phospholipid fatty acid analysis, and RNA sequencing technologies. Potential modes of resistance to 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride include an increase in cyclopropane fatty acids in the cell membrane, scavenging of compatible solutes, up-regulation of osmoprotectant transporters and drug efflux pumps, and down-regulation of membrane porins. These findings represent an important first step in understanding mechanisms of ionic liquid resistance in bacteria and provide a basis for engineering microbial tolerance.
文献链接：https://www.pnas.org/content/early/2012/05/10/1112750109.full.pdf+html
