耐高溫的新型酵母菌株，能高效利用木質纖維生產乙醇
尋找能取代化石燃料的綠色能源，一直是全球科學研究的重要課題。7 月 22 日發表於《Scientific Reports》的一項研究中，立陶宛科學家開發出一種耐高溫的新型酵母菌株，能高效將木質纖維中的糖類轉化為乙醇，為未來大規模生產環保的綠色生質燃料開啟了新契機。
這項研究由立陶宛維爾紐斯大學（Vilnius University）的微生物學團隊主導，他們鎖定一種天然耐熱的酵母菌（多型小岡田酵母，Ogataea polymorpha）做為篩選新品種酵母菌株的起點。透過紫外線照射誘發大量酵母菌突變株，再以阿拉伯糖（L-arabinose）做為唯一能量來源進行篩選。
自然界中的酵母無法有效代謝阿拉伯糖，此篩選策略可篩選出具有阿拉伯糖代謝能力的突變株。多輪篩選後，研究團隊成功培養出名為 A107 的菌株，雖然僅止於能依賴阿拉伯糖生存，效率仍不高，但它卻能在攝氏 45 度下高效利用木糖（xylose）進行發酵，乙醇產量達 20.91 g/L，是目前已知最高的高溫木糖發酵產率。
破解關鍵基因突變
為釐清 A107 如何獲致此新功能，研究團隊對其基因體 DNA 序列進行全面的分析，結果發現兩個關鍵突變基因：一是名為 API1 的基因，當團隊科學家運用遺傳技術提升此 API1 突變基因之表現量，能使酵母菌更有效率的利用阿拉伯糖；另一個基因是 IRA1，它參與酵母菌內部訊號路徑的調控，其突變可改變細胞內的代謝活性，促進酒精生成。
這種耐高溫酵母菌可與其他耐熱的水解酵素同步運作，不但可省略降溫的工序，也能降低雜菌污染的風險，大幅提升整體能源轉換之效率。此外，A107 在轉化木糖與阿拉伯糖時幾乎不產生抑制發酵的副產物，使得後續精餾與純化程序更加順利，幾乎已具備實際應用之潛力。
有待突破之瓶頸
然而 A107 在實際工業應用上仍有不少挑戰，例如 IRA1 基因突變會使菌株對酸性環境更敏感。從植物原料水解而來的發酵液中，常含有機酸與其他抑制物質，可能會抑制 A107 之生長而影響其實際運用的潛力。此外，阿拉伯糖的發酵效率仍嫌不足，若要達到經濟規模，須再提升 30 倍以上之活性。研究團隊未來計畫運用新穎的篩選技術，進一步提升菌株效能，並測試其在真實生質水解液中的穩定性與耐受力。
儘管本研究尚未培育出具備完全商業化條件的菌株，但團隊已成功開發出一株具耐熱性、能高效發酵木糖的酵母菌 A107。這不僅展現出生物工程與綠色科技結合所帶來的創新潛力，並象徵著人類持續突破自然限制的努力。未來若能進一步優化菌株對植物纖維的利用效率，包括農業廢棄物、林木殘渣，甚至廚餘等，都有望轉化為可再生能源，邁向循環經濟與能源永續的願景。
（首圖來源：Unsplash）