Zymomonas mobilis es una bacteria Gram negativa , anaerobia facultativa , no esporulante, con flagelos polares y forma de bastón. Es la única especie que se encuentra en el género Zymomonas . [2] Tiene notablescapacidades productoras de bioetanol , que superan a la levadura en algunos aspectos. Originalmente se aisló de bebidas alcohólicas como el vino de palma africana, el pulque mexicano y también como contaminante de la sidra y la cerveza (enfermedad de la sidra y deterioro de la cerveza) en países europeos.
La zimomona es una bacteria no deseada que se encuentra en el agua de la cerveza y que crea un sabor a éster y sulfuro debido a la producción de acetaldehído y sulfuro de hidrógeno . Esto puede compararse con un olor a manzana podrida o afrutado. No se han reportado zimomonas en cervecerías lager debido a las bajas temperaturas (8-12 °C) y los estrictos requisitos de carbohidratos (capaz de fermentar solo sacarosa , glucosa y fructosa ). Se encuentra comúnmente en cervezas acondicionadas en barrica donde se usa azúcar de cebado para carbonatar la cerveza. La temperatura óptima de crecimiento es de 25 a 30 °C.
Zymomonas mobilis degrada los azúcares en piruvato mediante la vía de Entner-Doudoroff . Luego, el piruvato se fermenta para producir etanol y dióxido de carbono como únicos productos (de manera análoga a la levadura).
Las ventajas de Z. mobilis sobre S. cerevisiae con respecto a la producción de bioetanol :
Sin embargo, a pesar de estas atractivas ventajas, varios factores impiden el uso comercial de Z. mobilis en la producción de etanol celulósico . El principal obstáculo es que su gama de sustratos se limita a glucosa , fructosa y sacarosa . La Z. mobilis de tipo salvaje no puede fermentar azúcares C5 como xilosa y arabinosa, que son componentes importantes de los hidrolizados lignocelulósicos. A diferencia de E. coli y la levadura, Z. mobilis no puede tolerar inhibidores tóxicos presentes en los hidrolizados lignocelulósicos, como el ácido acético y varios compuestos fenólicos. [5] La concentración de ácido acético en los hidrolizados lignocelulósicos puede ser tan alta como 1,5% (p/v), lo que está muy por encima del umbral de tolerancia de Z. mobilis .
Se han realizado varios intentos de ingeniería de Z. mobilis para superar sus deficiencias inherentes. El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), en los Estados Unidos, ha hecho contribuciones significativas en la expansión de su gama de sustratos para incluir azúcares C5 como xilosa y arabinosa. [6] [7] Se han desarrollado cepas de Z. mobilis resistentes al ácido acético mediante esfuerzos de ingeniería metabólica racional, técnicas de mutagénesis [8] o mutación adaptativa. [9] [10] Sin embargo, cuando estas cepas diseñadas metabolizan azúcares mixtos en presencia de inhibidores, el rendimiento y la productividad son mucho menores, lo que impide su aplicación industrial.
Se utilizó un proceso de adaptación extenso para mejorar la fermentación de xilosa en Z. mobilis . [9] Al adaptar una cepa a una alta concentración de xilosa, se produjeron alteraciones significativas del metabolismo. Un cambio notable fue la reducción de los niveles de xilitol, un subproducto de la fermentación de xilosa que puede inhibir el metabolismo de xilosa de la cepa. Una de las razones de la menor producción de xilitol fue la mutación en un gen putativo que codifica una aldo-ceto reductasa que cataliza la reducción de xilosa a xilitol. [11] [12]
La membrana plasmática de Z. mobilis contiene hopanoides , compuestos pentacíclicos similares a los esteroles eucariotas . Esto le permite tener una tolerancia extraordinaria al etanol en su entorno, en torno al 13%.
La Zymomonas mobilis se utiliza tradicionalmente para elaborar pulque .
Se ha secuenciado el genoma de la cepa ZM4 de Z. mobilis y contiene 2.056.416 pb que codifican 1.998 genes codificadores de proteínas. [13] Esto reveló que Z. mobilis solo puede metabolizar la glucosa a través de la vía Entner-Doudoroff y no es capaz de utilizar la vía Embden-Meyerhof-Parnas .