Amerikaanse onderzoekers hebben een gen ontdekt dat gistcellen minder gevoelig kan maken voor acetaat in hun voeding. Daarmee vergemakkelijk je dus de productie van bio-ethanol uit cellulose, zo melden Shihui Yang en Steven Brown (Oak Ridge National Laboratory) in PNAS.

De auteurs zien het overigens vooral als een fraaie demonstratie van wat je met de huidige genetische en systeembiologische gereedschappen allemaal kunt bereiken.

Dat acetaat ontstaat door deacetylering van hemicellulose. Het is een bijproduct van de voorbehandeling die je cellulosehoudende biomassa moet geven om de suikers vrij te maken. Ethanolproducerende micro-organismen worden er vaak sterk door geremd, en er bestaat geen goede methode om het vooraf te verwijderen.

In Oak Ridge hebben ze nu eerst een gemuteerde versie van de bacterie Zymomonas mobilis gekweekt, die bestand is tegen acetaat. Dat gebeurde via natuurlijke selectie, door bacteriën te behandelen met DNA-beschadigende chemicaliën en tegelijk de hoeveelheid natriumacetaat in hun voeding steeds verder op te voeren.

Vervolgens brachten ze het genoom van deze acetaattolerante ‘Z. mobilis AcR’ in kaart en vergelekend dat met het genoom van de Z. mobilis waar ze mee waren begonnen. Er bleken maar 3 serieus te nemen verschillen tussen te zitten, namelijk 2 puntmutaties en één deletie van 1.461 basenparen.

Analyse van de genetische expressie van beide varianten leerde dat bij AcR één gen, genaamd nhaA, veel meer zijn best deed. En dat kon kloppen omdat de deletie daar vlak naast zat. Kennelijk had daar een regelelement gezeten dat het gen afremde.

Verdere proeven leerden dat nhaA inderdaad verantwoordelijk was voor de toegenomen tolerantie, al bleek het in de praktijk eerder tolerantie voor natrium dan voor acetaat te zijn. Dat kon ook kloppen omdat nhaA blijkt te coderen voor een ‘antiporter’-eiwit dat Na⁺ en H⁺ uitwisselt over het celmembraan.

Het doet vermoeden dat acetaat de bacterie voornamelijk afremt omdat het Na⁺ meebrengt als tegenion.

Tot slot hebben de onderzoekers bekeken of ze op dezelfde manier de acetaattolerantie van bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) konden opvoeren. Die gist heeft drie verschillende Na⁺/H⁺-antiporters. Schakel je een van de drie uit, dan wordt de acetaattolerantie inderdaad lager. En breng je via plasmiden extra exemplaren van die gegen tot expressie, dan neemt de tolerantie inderdaad toe.

bron: Oak Ridge National Lab, PNAS