Production of organic acids from lignocellulosic material

Kunststoffe sind heutzutage ein wesentlicher Bestandteil des täglichen Lebens. Zahlreiche Bedenken wurden in den letzten Jahrzehnten über den Beitrag der Kunststoff-Produktionsprozesse, zur Erhöhung der Treibhausgasemissionen geäußert. Darüber hinaus kann die Abbauresistenz von Kunststoffen ein ernstes Umweltproblem darstellen, wenn diese Materialien nicht ordnungsgemäß entsorgt werden. Biologisch abbaubare Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen sind eine mögliche Antwort auf diese Bedenken. Die Möglichkeiten der Anwendungen von Biokunststoffen wie PLA (Polymilchsäure) nehmen rasch zu und die Optimierung der Produktionsprozesse für Biokunststoffe hat das Potenzial den Markt für diese Produkte noch weiter zu vergrößern. Ein günstiges und in großen Mengen verfügbares Substrat, das viel Aufmerksamkeit in den letzten Jahrzehnten gewonnen hat, ist Lignocellulose-Biomasse. Das Interesse an der Lignocellulose-Biomasse-Nutzung für die Ethanolproduktion hat weitere Erforschung zur effizienten Umwandlung dieses Substrats in Mehrwert-Produkte angeregt. In der hier vorgestellten Dissertation, wurden Lignocellulose-Hydrolysate als Substrat zur Produktion von Monomeren für die Erzeugung von Biokunststoffen verwendet. Die organischen Säuren, welche als Bausteine für die Biokunstoffproduktion ausgewählt wurden, sind Milchsäure, das Monomer für PLA, und Itaconsäure, ein vielseitiges Molekül zur Produktion von Acrylat. Die mikrobiellen Zellfabriken der Wahl waren Hefen, Mikroorganismen bekannt für ihre breite pH-Toleranz, einem wesentlichen Merkmal für wirtschaftlich tragfähige Produktion organischer Säuren. Die Xylose-konsumierende Hefe Sugiyamaella (Candida) lignohabitans wurde für die Herstellung von Milchsäure und Itaconsäure weiterentwickelt. Die konstruierten Stämme konnten die Hexosen und Pentosen in den Lignocellulose-Hydrolysate zu den Metaboliten der Wahl umwandeln. Die vielversprechenden Eigenschaften dieser Hefe wurden durch die Sequenzierung des Genoms sowie des Transkriptoms analysiert. Darüber hinaus ergab die Auswertung der methylotrophen Hefe Pichia pastoris (Komagataella spp.) für die Milchsäureproduktion neue Einblicke in den zentralen Kohlenstoffmetabolismus dieser biotechnologisch relevanten Hefe.Plastic materials are nowadays an essential part of everyday life. Numerous concerns have been raised in the last decades over the contribution of plastic production processes to greenhouse gas emissions. Moreover, the recalcitrance of plastics can represent a serious environmental problem when these materials are not properly discarded. Biodegradable plastics produced from renewable resources are a possible answer to these concerns. The range of applications of bioplastics like PLA (polylactic acid) is rapidly increasing, and the optimization of the production processes for bioplastics building blocks has the potential to broaden the market for these products much further. A cheap and largely available substrate that has gained much attention in the last decades is lignocellulosic biomass. The interest in lignocellulosic biomass utilization for ethanol production has aided the research towards efficient conversion of this substrate into value-added products. In the PhD project presented here, lignocellulosic hydrolysates were used as substrate for bioplastic monomers production. The organic acids chosen as monomers for bioplastic production were lactic acid, the building block for PLA, and itaconic acid, a versatile molecule for production of acrylates. The microbial cell factories of choice were yeasts, microorganisms well-known for their pH tolerance, a fundamental characteristic for economically viable organic acid production. The xylose-consuming yeast Sugiyamaella (Candida) lignohabitans was engineered for lactic acid and itaconic acid production. The constructed strains could convert the hexoses and pentoses present in lignocellulosic hydrolysates to the metabolites of choice. The promising features of this yeast were further investigated by sequencing its genome and analyzing its transcriptome under different conditions. Furthermore, the evaluation of the methylotrophic yeast Pichia pastoris (Komagataella spp.) for lactic acid production revealed new insights into the central carbon metabolism of this biotechnologically relevant yeast.eingereicht von Martina Bellasio, M. Sc.Zusammenfassung in deutscher SpracheAbweichender Titel laut Übersetzung des Verfassers/der VerfasserinUniversität für Bodenkultur Wien, Dissertation, 2016OeBB(VLID)193084

Complete genome sequence and transcriptome regulation of the pentose utilizing yeast Sugiyamaella lignohabitans

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