Published November 28, 2023
| Version v1
Publication
Open
Adaptive laboratory evolution under acetic acid stress enhances the multistress tolerance and ethanol production efficiency of Pichia kudriavzevii from lignocellulosic biomass
Creators
- 1. Khon Kaen University
- 2. Can Tho University
- 3. Mahasarakham University
- 4. Yamaguchi University
Description
Abstract Second-generation bioethanol production using lignocellulosic biomass as feedstock requires a highly efficient multistress-tolerant yeast. This study aimed to develop a robust yeast strain of P. kudriavzevii via the adaptive laboratory evolution (ALE) technique. The parental strain of P. kudriavzevii was subjected to repetitive long-term cultivation in medium supplemented with a gradually increasing concentration of acetic acid, the major weak acid liberated during the lignocellulosic pretreatment process. Three evolved P. kudriavzevii strains, namely, PkAC-7, PkAC-8, and PkAC-9, obtained in this study exhibited significantly higher resistance toward multiple stressors, including heat, ethanol, osmotic stress, acetic acid, formic acid, furfural, 5-(hydroxymethyl) furfural (5-HMF), and vanillin. The fermentation efficiency of the evolved strains was also improved, yielding a higher ethanol concentration, productivity, and yield than the parental strain, using undetoxified sugarcane bagasse hydrolysate as feedstock. These findings provide evidence that ALE is a practical approach for increasing the multistress tolerance of P. kudriavzevii for stable and efficient second-generation bioethanol production from lignocellulosic biomass.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ملخص يتطلب إنتاج الجيل الثاني من الإيثانول الحيوي باستخدام الكتلة الحيوية السليلوزية اللجنية كمادة وسيطة خميرة عالية الكفاءة تتحمل الإجهاد المتعدد. تهدف هذه الدراسة إلى تطوير سلالة خميرة قوية من P. kudriavzevii عبر تقنية التطور المختبري التكيفي (ALE). تعرضت السلالة الأبوية من P. kudriavzevii لزراعة متكررة طويلة الأجل في وسط مكمل بتركيز متزايد تدريجيًا من حمض الخليك، وهو الحمض الضعيف الرئيسي الذي تم تحريره أثناء عملية المعالجة المسبقة للسليلوز اللجني. أظهرت ثلاث سلالات متطورة من P. kudriavzevii، وهي PkAC -7 و PkAC -8 و PkAC -9، التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة مقاومة أعلى بكثير تجاه الضغوطات المتعددة، بما في ذلك الحرارة والإيثانول والإجهاد الأسموزي وحمض الخليك وحمض الفورميك والفورفورال و 5 -(هيدروكسي ميثيل) فورفورال (5 - HMF) والفانيلين. كما تم تحسين كفاءة التخمير للسلالات المتطورة، مما أدى إلى تركيز إيثانول وإنتاجية وإنتاجية أعلى من سلالة الوالدين، باستخدام تحلل قصب السكر غير السام كمادة وسيطة. توفر هذه النتائج دليلاً على أن ALE هو نهج عملي لزيادة تحمل الإجهاد المتعدد لـ P. kudriavzevii لإنتاج الإيثانول من الجيل الثاني بشكل مستقر وفعال من الكتلة الحيوية السليلوزية.Translated Description (French)
Résumé La production de bioéthanol de deuxième génération utilisant la biomasse lignocellulosique comme matière première nécessite une levure très efficace et tolérante aux contraintes multiples. Cette étude visait à développer une souche de levure robuste de P. kudriavzevii via la technique d'évolution adaptative en laboratoire (ALE). La souche parentale de P. kudriavzevii a été soumise à une culture répétitive à long terme dans un milieu supplémenté avec une concentration progressivement croissante d'acide acétique, l'acide faible majeur libéré au cours du processus de prétraitement lignocellulosique. Trois souches évoluées de P. kudriavzevii, à savoir PkAC-7, PkAC-8 et PkAC-9, obtenues dans cette étude ont montré une résistance significativement plus élevée aux multiples facteurs de stress, notamment la chaleur, l'éthanol, le stress osmotique, l'acide acétique, l'acide formique, le furfural, le 5-(hydroxyméthyl) furfural (5-HMF) et la vanilline. L'efficacité de fermentation des souches évoluées a également été améliorée, donnant une concentration, une productivité et un rendement en éthanol supérieurs à ceux de la souche parentale, en utilisant l'hydrolysat de bagasse de canne à sucre non détoxifié comme charge d'alimentation. Ces résultats fournissent la preuve que l'ALE est une approche pratique pour augmenter la tolérance au stress multiple de P. kudriavzevii pour une production de bioéthanol de deuxième génération stable et efficace à partir de la biomasse lignocellulosique.Translated Description (Spanish)
Resumen La producción de bioetanol de segunda generación utilizando biomasa lignocelulósica como materia prima requiere una levadura altamente eficiente y tolerante al estrés múltiple. Este estudio tuvo como objetivo desarrollar una cepa de levadura robusta de P. kudriavzevii mediante la técnica de evolución adaptativa de laboratorio (ALE). La cepa parental de P. kudriavzevii se sometió a un cultivo repetitivo a largo plazo en medio suplementado con una concentración gradualmente creciente de ácido acético, el principal ácido débil liberado durante el proceso de pretratamiento lignocelulósico. Tres cepas de P. kudriavzevii evolucionadas, a saber, PkAC-7, PkAC-8 y PkAC-9, obtenidas en este estudio exhibieron una resistencia significativamente mayor a múltiples factores estresantes, que incluyen calor, etanol, estrés osmótico, ácido acético, ácido fórmico, furfural, 5-(hidroximetil) furfural (5-HMF) y vainillina. La eficiencia de fermentación de las cepas evolucionadas también se mejoró, produciendo una mayor concentración de etanol, productividad y rendimiento que la cepa parental, utilizando hidrolizado de bagazo de caña de azúcar no desintoxicado como materia prima. Estos hallazgos proporcionan evidencia de que ALE es un enfoque práctico para aumentar la tolerancia a múltiples tensiones de P. kudriavzevii para la producción estable y eficiente de bioetanol de segunda generación a partir de biomasa lignocelulósica.Files
s41598-023-48408-7.pdf.pdf
Files
(2.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:af8a636dfedcbb249c89e4f320e97441
|
2.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تطور المختبر التكيفي تحت ضغط حمض الخليك يعزز تحمل الإجهاد المتعدد وكفاءة إنتاج الإيثانول من Pichia kudriavzevii من الكتلة الحيوية lignocellulosic
- Translated title (French)
- L'évolution adaptative en laboratoire sous stress acide acétique améliore la tolérance au stress multiple et l'efficacité de la production d'éthanol de Pichia kudriavzevii à partir de la biomasse lignocellulosique
- Translated title (Spanish)
- La evolución adaptativa de laboratorio bajo estrés por ácido acético mejora la tolerancia a múltiples tensiones y la eficiencia de producción de etanol de Pichia kudriavzevii a partir de biomasa lignocelulósica
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4389077981
- DOI
- 10.1038/s41598-023-48408-7
References
- https://openalex.org/W1969960796
- https://openalex.org/W1976247623
- https://openalex.org/W1982778050
- https://openalex.org/W1983568532
- https://openalex.org/W1995418566
- https://openalex.org/W1996026361
- https://openalex.org/W2000461833
- https://openalex.org/W2004958771
- https://openalex.org/W2006476701
- https://openalex.org/W2007395364
- https://openalex.org/W2008295118
- https://openalex.org/W2013510138
- https://openalex.org/W2014786779
- https://openalex.org/W2027379077
- https://openalex.org/W2031189086
- https://openalex.org/W2036200277
- https://openalex.org/W2043481759
- https://openalex.org/W2059667132
- https://openalex.org/W2059702987
- https://openalex.org/W2070291216
- https://openalex.org/W2070817013
- https://openalex.org/W2071291494
- https://openalex.org/W2071762846
- https://openalex.org/W2075066462
- https://openalex.org/W2078764248
- https://openalex.org/W2080715303
- https://openalex.org/W2088246177
- https://openalex.org/W2098839738
- https://openalex.org/W2100170860
- https://openalex.org/W2101196692
- https://openalex.org/W2103602723
- https://openalex.org/W2107624089
- https://openalex.org/W2113634908
- https://openalex.org/W2116918487
- https://openalex.org/W2129739437
- https://openalex.org/W2132414453
- https://openalex.org/W2132843225
- https://openalex.org/W2133876547
- https://openalex.org/W2140485535
- https://openalex.org/W2148269983
- https://openalex.org/W2150327218
- https://openalex.org/W2155874290
- https://openalex.org/W2170403046
- https://openalex.org/W2326219488
- https://openalex.org/W2343510392
- https://openalex.org/W2507537832
- https://openalex.org/W2593444488
- https://openalex.org/W2595491014
- https://openalex.org/W2596971817
- https://openalex.org/W2751749140
- https://openalex.org/W2765950808
- https://openalex.org/W2791041773
- https://openalex.org/W2793545684
- https://openalex.org/W2803480257
- https://openalex.org/W2807022855
- https://openalex.org/W283077475
- https://openalex.org/W2830886554
- https://openalex.org/W2884393963
- https://openalex.org/W2886850841
- https://openalex.org/W2894396664
- https://openalex.org/W2899688354
- https://openalex.org/W2899960666
- https://openalex.org/W2903709198
- https://openalex.org/W2904256677
- https://openalex.org/W2908196293
- https://openalex.org/W2940650218
- https://openalex.org/W2944310180
- https://openalex.org/W2946070419
- https://openalex.org/W2956565879
- https://openalex.org/W2967876620
- https://openalex.org/W2996129240
- https://openalex.org/W3010157213
- https://openalex.org/W3109911878
- https://openalex.org/W3126301072
- https://openalex.org/W3127750949
- https://openalex.org/W3162295556
- https://openalex.org/W3162522770
- https://openalex.org/W3172261915
- https://openalex.org/W3209872877
- https://openalex.org/W4200529597
- https://openalex.org/W4200551022
- https://openalex.org/W4223612632
- https://openalex.org/W4223906101
- https://openalex.org/W4241379108
- https://openalex.org/W4285227849
- https://openalex.org/W4292259206
- https://openalex.org/W4301180161
- https://openalex.org/W4303629112
- https://openalex.org/W4303699699
- https://openalex.org/W4312129713
- https://openalex.org/W4313360712
- https://openalex.org/W4318475017
- https://openalex.org/W4366413738
- https://openalex.org/W4379232511