Microbial Cellulose Utilization: Fundamentals and Biotechnology

SUMMARY Fundamental features of microbial cellulose utilization are examined at successively higher levels of aggregation encompassing the structure and composition of cellulosic biomass, taxonomic diversity, cellulase enzyme systems, molecular biology of cellulase enzymes, physiology of cellulolytic microorganisms, ecological aspects of cellulase-degrading communities, and rate-limiting factors in nature. The methodological basis for studying microbial cellulose utilization is considered relative to quantification of cells and enzymes in the presence of solid substrates as well as apparatus and analysis for cellulose-grown continuous cultures. Quantitative description of cellulose hydrolysis is addressed with respect to adsorption of cellulase enzymes, rates of enzymatic hydrolysis, bioenergetics of microbial cellulose utilization, kinetics of microbial cellulose utilization, and contrasting features compared to soluble substrate kinetics. A biological perspective on processing cellulosic biomass is presented, including features of pretreated substrates and alternative process configurations. Organism development is considered for “consolidated bioprocessing” (CBP), in which the production of cellulolytic enzymes, hydrolysis of biomass, and fermentation of resulting sugars to desired products occur in one step. Two organism development strategies for CBP are examined: (i) improve product yield and tolerance in microorganisms able to utilize cellulose, or (ii) express a heterologous system for cellulose hydrolysis and utilization in microorganisms that exhibit high product yield and tolerance. A concluding discussion identifies unresolved issues pertaining to microbial cellulose utilization, suggests approaches by which such issues might be resolved, and contrasts a microbially oriented cellulose hydrolysis paradigm to the more conventional enzymatically oriented paradigm in both fundamental and applied contexts.

Microbial Cellulose Utilization: Fundamentals و بیوتکنولوژی

ویژگی‌های زیستی بهره‌برداری از سلولز میکروبی به ترتیب در سطوح بالاتر تجمع زیستی سلولز، تنوع تاکسونومیک، سیستم‌های آنزیم سلولاز، زیست‌شناسی مولکولی آنزیم‌های سلولاز، جنبه‌های اکولوژیکی جوامع تجزیه‌کننده سلولاز و عوامل محدود کننده نرخ در طبیعت مورد بررسی قرار می‌گیرد. اساس روش‌شناختی بررسی استفاده از سلولز میکروبی نسبت به کمی سازی سلول‌ها و آنزیم‌ها در حضور سوبستراهای جامد و نیز دستگاه و آنالیز فرهنگ‌های پیوسته رشد سلولز در نظر گرفته می‌شود. توصیف کمی از هیدرولیز سلولز با توجه به جذب آنزیم‌های سلولاز، نرخ هیدرولیز آنزیمی، بازده bioenergetics سلولز میکروبی، سینتیک استفاده از سلولز میکروبی، و ویژگی‌های متضاد در مقایسه با سینتیک سطح محلول، مورد بررسی قرار می‌گیرد. یک دیدگاه بیولوژیکی در مورد پردازش زیست توده cellulosic ارایه می‌شود که شامل ویژگی‌های سوبستراهای pretreated شده و پیکره بندی‌های فرآیند جایگزین است. توسعه Organism برای "bioprocessing محکم" (CBP)در نظر گرفته می‌شود که در آن تولید آنزیم‌های cellulolytic، هیدرولیز بیومس و تخمیر قندهای حاصل از محصولات مورد نظر در یک مرحله رخ می‌دهد. دو استراتژی توسعه ارگانیسم برای CBP مورد بررسی قرار می‌گیرند: (۱)بهبود عملکرد محصول و تحمل در میکرو ارگانیسم‌هایی که قادر به استفاده از سلولز هستند یا (۲)یک سیستم heterologous برای هیدرولیز سلولز و استفاده از میکرو ارگانیسم‌هایی که محصول و تحمل محصول بالا را از خود نشان می‌دهند، را بهبود می‌بخشند. بحث نهایی که مسایل حل‌نشده مربوط به استفاده از سلولز میکروبی را شناسایی می‌کند، روش‌هایی را پیشنهاد می‌کند که در آن چنین موضوعاتی ممکن است حل شوند، و الگوی hydrolysis سلولز جهت‌دار تری را به الگوی enzymatically oriented در هر دو زمینه بنیادی و کاربردی تشبیه می‌کند.

ترجمه شده با