Mikrobiol. Z. 2022; 84(5):58-71.
doi: https://doi.org/10.15407/microbiolj84.05.058

Дріжджі, що зброджують пентози: екологія, різноманіття та використання

О.Д. Янєва

Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України
вул. Академіка Заболотного, 154, Київ, 03143, Україна

За останні десятиріччя світова енергетика зазнала величезної трансформації y зв’язку з переходом від традиційних невідновлювальних корисних копалин до все ширшого застосування відновлювальних енергетичних ресурсів — енергії вітру, сонця, води та біопалив. Лігноцелюлозна біомаса є найбільшим відновлювальним джерелом вуглеводів на Землі та може бути одним з найважливіших субстратів для отримання біопалив, зокрема біоетанолу. Широкомасштабне продукування біоетанолу проводять переважно на базі цукровмісних та крохмалевмісних субстратів з використанням дріжджів Saccharomyces cerevisiae, які здатні до швидкої та ефективної конвертації гексоз до спирту та мають високу стійкість до стресових факторів. Головний недолік S. cerevisiae як потенційного продуценту спирту з лігноцелюлозних субстратів — неможливість асиміляції та ферментації пентозних цукрів, які складають значну частку цукрів деревини. У зв’язку з цим пріоритетним напрямком є пошук та дослідження дріжджів, здатних до ефективного продукування спирту з пентозних цукрів. У цьому огляді представлено дані щодо природних середовищ проживання, географічного поширення, таксономічного положення та потенційного застосування природних дріжджів, що здатні до ферментації пентоз. Дріжджі, що зброджують пентози, переважно виділяють з лігноцелюлозних субстратів та екологічних ніш, пов’язаних з ними. Одним з таких важливих джерел цієї групи дріжджів є гниюча або мертва деревина, яка в результаті гідролітичної дії мікроорганізмів містить пентозні цукри D-ксилозу та L-арабінозу. Такі субстрати є унікальним середовищем для репродукції дріжджів, що ферментують пентози, оскільки такі цукри рідко зустрічаються у вільному доступі в природі. Кишківник різноманітних комах, що харчуються деревиною, також є важливою екологічною нішею для дріжджів, що зброджують ксилозу. Інші природні джерела, з яких виділяли цю групу дріжджів, включають грунт, рослинні субстрати, кишківник травоїдних. Дріжджі, що ферментують пентози, мають широке географічне поширення та були знайдені майже на кожному континенті. В останні роки виявляють десятки нових видів цієї групи дріжджів в раніше недосліджених або мало досліджених локаціях на кшталт Бразилії, Китаю та деяких азійських країн. Надано дані щодо таксономічного положення дріжджів, що зброджують пентози. Активні продуценти етанолу з ксилози відносять до представників родів Scheffersomyces, Candida, Spathaspora, Sugiyamaella, Pachysolen, дріжджі з найвищою зброджувальною активністю представлені видами Sc. stipitis та Sp. passalidarum. Переважна частина досліджень, що стосується біотехнологічного потенціалу дріжджів, здатних до ферментації пентоз, присвячена залученню їх до продукування біоетанолу другого покоління з лігноцелюлози, або як безпосереднього учасника процесу на стадії ферментації, або як джерела генів для інтродукції в інші промислові штами дріжджів. Узагальнено дані щодо останніх досліджень потенційного біотехнологічного застосування цієї групи дріжджів, у тому числі і як продуцентів багатоатомних спиртів. Отже, пошук природних дріжджів, здатних до ферментації пентоз, особливо в екологічних нішах, що пов’язані з лігноцелюлозними субстратами, в раніше недосліджених або малодосліджених географічних локаціях є пріоритетним напрямком, який дозволить не тільки розширити знання про біорізноманіття та генетичні системи цієї групи дріжджів, але й виявити ефективних продуцентів для біотехнологічного застосування.

Ключові слова: дріжджі, ферментація пентоз, екологія, застосування дріджів.

Повний текст (PDF, англ)