Lignocellulose-based lipid production by Rhodotorula toruloides: studies on an evolved multi-tolerant strain

November 6, 2023

Os hidrolisados de biomassa lenhocelulósica são matérias-primas promissoras para a produção microbiana de bio produtos valiosos. No entanto, incluem inibidores de crescimento, resultantes da hidrólise da biomassa lenhocelulósica. Além disso, a xilose, o segundo açúcar mais abundante, não pode ser utilizada naturalmente como fonte de carbono por Saccharomyces cerevisiae. Consequentemente, é importante procurar estirpes capazes de utilizar eficientemente todas as fontes de carbono presentes nos hidrolisados e capazes de melhor tolerar os compostos inibitórios. A levedura oleaginosa, Rhodotorula toruloides, consegue consumir xilose, juntamente com ácido acético como fontes de C, além de glucose. Neste estudo, foi testada a estirpe R. toruloides IST536, previamente selecionada para produção eficiente de lípidos, e foram testadas condições de crescimento (meio de crescimento, em particular relação C/N, pH inicial e temperatura de crescimento). A estirpe evoluída R. toruloides IST536 MM15, derivada a partir de IST536, sob stresse induzido por metanol por ALE demonstrou exibir uma maior tolerância ao metanol e aos quatro principais inibidores frequentemente presentes nos hidrolisados lenhocelulósicos: ácido acético, ácido fórmico, furfural e HMF. Os mecanismos subjacentes a esta multi-tolerância foram examinados ao nível do envelope celular, indicando que esta estirpe possui uma parede celular menos suscetível à zimoliase e uma permeabilidade diminuída, com base em iodeto de propídio, na ausência ou presença desses inibidores. Além disso, foi confirmado que esta estirpe é mais robusta, levando a um melhor desempenho em relação à utilização de fontes de carbono e produção de lípidos a partir de um meio hidrolisado sintético de biomassa lenhocelulósica. Lignocellulosic biomass hydrolysates are promising feedstocks for the microbial production of value-added bioproducts. However, they include inhibitors resulting from lignocellulosic biomass hydrolysis. Moreover, xylose the second most abundant sugar, cannot be naturally used as a carbon(C)-source by Saccharomyces cerevisiae. Therefore, it is important to search for strains capable of efficiently utilizing all the C-sources present in the hydrolysates and tolerating the inhibitory compounds. The oleaginous yeast, Rhodotorula toruloides, can consume xylose, alongside acetic acid as C-sources, besides glucose. In this study, R. toruloides IST536, previously selected for efficient lipid production was tested, and growth conditions were tested (growth medium, in particular, C/N ratio, initial pH, and growth temperature). The evolved strain R. toruloides IST536 MM15, derived in our group from IST536 under methanol-induced stress by ALE was demonstrated to exhibit a higher tolerance to methanol and to the major four inhibitors commonly present in lignocellulosic hydrolysates: acetic acid, formic acid, furfural, and HMF. The mechanisms underlying such multi-tolerance were examined at the cellular envelope level, indicating that this strain has a cell wall less susceptible to zymolyase and a decreased permeability, based on propidium iodide probe, in the absence or presence of those inhibitors. Furthermore, it was confirmed that this multi-tolerant strain is more robust leading to an improved performance concerning the rates of C-sources utilization and lipid production from a synthetic lignocellulosic hydrolysate medium.

Authors in the community:

• 

  M

  Mónica Alves Fernandes

  ist1102264

Supervisors of this institution:

• 

  I

  Isabel Sá-Correia

  ist11177

203837215

Mestrado em Microbiologia

industrial-biotechnology - Industrial Biotechnology

Keywords

• Yeasts
• Microbial lipids
• Multi-tolerance
• Lignocellulosic hydrolysates
• Cell wall
• Membrane permeability
• Leveduras
• Lipídios microbianos
• Multi-tolerância
• Hidrolisados lignocelulósicos
• Parede celular
• Permeabilidade membrana

eng - English

Instituto Superior Técnico

Financing entity

Institute for Bioengineering and Biosciences

Funding Stream: Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Number for the project, award or grant: UIDB/04565/2020

Financing entity

European Regional Development Fund

Title of the project, award or grant: Move2LowC project

Funding Stream: Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI), Programa Operacional Regional de Lisboa, Portugal 2020

Number for the project, award or grant: POCI-01-0247-FEDER-046117