Selection and genetic improvement of yeasts for the conversion of lignocellulose into second generation bioethanol

Il bioetanolo di origine lignocellulosica rappresenta una delle alternative più promettenti tra i biocarburanti. Dal punto di vista industriale, la produzione di bioetanolo da biomassa vegetale non è ancora sostenibile. Una delle strategie più interessanti proposte è la costruzione di un microganismo CBP (Consolidated BioProcessing) capace di idrolizzare i polimeri complessi della biomassa cellulosica e di convertirli efficacemente in etanolo. In questa prospettiva, questo lavoro di tesi si è focalizzato sullo sviluppo di un microbo CBP di tipo industriale per la conversione di cellobiosio in alcol etilico. A tal scopo, è stato necessario mettere a punto un nuovo metodo per la selezione di un ceppo di lievito idoneo alla produzione di bioetanolo su scala industriale caratterizzato da elevate performance fermentative e da una notevole capacità di tollerare gli inibitori normalmente presenti negli idrolizzati lignocellulosici. La selezione di tale microrganismo è partita da una collezione di ceppi di lievito di origine enologica. I ceppi enologici saggiati, pur dimostrando elevate capacità fermentative, non si sono purtroppo rivelati tolleranti nei confronti di inibitori quali furfurale, acido acetico, acido formico ed acido lattico. È stato quindi necessario eseguire un programma di isolamento mirato ad ottenere ceppi di lievito altamente fermentanti e capaci di tollerare elevate concentrazioni di inibitori. L’isolamento, eseguito in condizioni selettive per la presenza di un cocktail di inibitori, ha consentito di ottenere una ampia ceppoteca di lieviti con caratteristiche promettenti per la loro futura applicazione nel campo del bioetanolo di seconda generazione. Tra di essi, alcuni lieviti S. cerevisiae si sono distinti per vigore fermentativo ad elevata temperatura e per una consistente tolleranza agli inibitori. In particolare, il ceppo S. cerevisiae T2 è stato selezionato come host strain per lo sviluppo di un ceppo ricombinante capace di secernere la betaglucosidasi BglI di Saccharomycopsis fibuligera, specie di lievito tra le più efficienti per l’idrolisi del cellobiosio. Per la prima volta in questo lavoro di tesi è stato descritto un ceppo di lievito industriale betaglucosidasico. In ogni caso, l’attività idrolitica del ceppo ricombinante dovrà essere necessariamente incrementata al fine di ottenere un efficiente microrganismo CBP cellulosolitico. In base ai risultati ottenuti, questo studio rappresenta un primo passo verso lo sviluppo di microrganismi idonei alla conversione one-step di biomassa lignocellulosica in etanolo.