Биокатализ биогаза: культивирование метанотрофных бактерий, профилирование метаболитов и биоконверсия в молочную кислоту

Анаэробное сбраживание (AD) отходных субстратов, возобновляемой биомассы и растительных остатков позволяет получать богатый энергией биогаз. Однако в настоящее время биогаз, образующийся при анаэробном сбраживании, преимущественно сжигают на факеле или используют для комбинированного производства тепла и электроэнергии (CHP), отчасти из-за низкой эффективности технологий конверсии газа в жидкие продукты. Метанотрофные бактерии способны использовать метан как единственный источник углерода и энергии, что открывает перспективы биологической конверсии биогаза, образующегося при анаэробном сбраживании, в жидкие продукты. В настоящей работе сообщается о культивировании трех филогенетически различных метанотрофных бактерий на потоках биогаза, полученных при анаэробном сбраживании ряда остатков энергетических культур. При культивировании в периодическом режиме на потоках биогаза по сравнению с чистым метаном штаммы сохраняли сопоставимую активность центрального метаболизма и демонстрировали минимальное ингибирование роста, хотя анализ метаболитов указывал на усиление клеточного окислительного стресса под воздействием потоков биогаза. В отличие от периодического культивирования, при непрерывном культивировании наблюдалась остановка роста, сопровождавшаяся усилением биосинтеза и экскреции лактата. Была изучена возможность повышения продукции лактата с использованием мутантного штамма по гену пируватдегидрогеназы; в конечном итоге была достигнута продуктивность 0.027 г лактата/г сухой клеточной массы/ч — наивысшая из опубликованных на сегодняшний день величин удельной продуктивности лактата при его получении из биогаза.