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バイオ燃料生産プラットフォームとしての重要性にもかかわらず、これまでに非常に限られた数のブタノール耐性菌のみが特定されています。ここでは、さまざまな環境サンプルからのブタノールおよびイソブタノール耐性細菌を広範囲に調査しました。2.0％（vol/vol）ブタノールおよびイソブタノールを超える可能性のある16の有酸素および嫌気性細菌が分離されました。16S rRNA遺伝子シーケンス分析により、分離株は少なくとも9つの属に系統発生的に分布していることが明らかになりました：バチルス、リシニビルス、ラムメリバチルス、ブレビバシルス、コプロザーモバクター、カロリバクテリウム、腸球菌、エンテロコッカス、ハイドロゲンアナロバクテリア、および携帯菌、および携帯菌、植物菌、植物菌、10個の分離株は、以前に特定されたブタノール耐性菌と系統発生的に異なっていました。2つの比較的非常に高度に耐性株CM4A（エアロベ）とGK12（義務アナロベ）がさらに特徴付けられました。両方の株は、ブタノール曝露に応答して膜脂肪酸組成を変化させました。つまり、CM4AとGK12は、飽和およびシクロプロパン脂肪酸（CFA）と長鎖脂肪酸の増加を示し、膜流動性を維持するのに役立ちます。CFAシンターゼをコードする遺伝子（CFA）は、CM4A株からクローン化され、大腸菌で発現しました。組換え大腸菌は、CFA遺伝子を使用しない大腸菌よりも比較的高いブタノールおよびイソブタノール耐性を示し、CFAが溶媒耐性を付与できることを示唆しています。連続した通路による株GK12のブタノールへの曝露は成長率を高め、まだ知られていないメカニズムが溶媒耐性にも寄与する可能性があることを示しています。総合すると、結果は、2.0％のブタノールで成長できるブタノールおよびイソブタノール耐性菌が環境に存在し、有害な溶媒に対する構造的完全性を維持するためのさまざまな戦略を持っていることを示しています。
バイオ燃料生産プラットフォームとしての重要性にもかかわらず、これまでに非常に限られた数のブタノール耐性菌のみが特定されています。ここでは、さまざまな環境サンプルからのブタノールおよびイソブタノール耐性細菌を広範囲に調査しました。2.0％（vol/vol）ブタノールおよびイソブタノールを超える可能性のある16の有酸素および嫌気性細菌が分離されました。16S rRNA遺伝子シーケンス分析により、分離株は少なくとも9つの属に系統発生的に分布していることが明らかになりました：バチルス、リシニビルス、ラムメリバチルス、ブレビバシルス、コプロザーモバクター、カロリバクテリウム、腸球菌、エンテロコッカス、ハイドロゲンアナロバクテリア、および携帯菌、および携帯菌、植物菌、植物菌、10個の分離株は、以前に特定されたブタノール耐性菌と系統発生的に異なっていました。2つの比較的非常に高度に耐性株CM4A（エアロベ）とGK12（義務アナロベ）がさらに特徴付けられました。両方の株は、ブタノール曝露に応答して膜脂肪酸組成を変化させました。つまり、CM4AとGK12は、飽和およびシクロプロパン脂肪酸（CFA）と長鎖脂肪酸の増加を示し、膜流動性を維持するのに役立ちます。CFAシンターゼをコードする遺伝子（CFA）は、CM4A株からクローン化され、大腸菌で発現しました。組換え大腸菌は、CFA遺伝子を使用しない大腸菌よりも比較的高いブタノールおよびイソブタノール耐性を示し、CFAが溶媒耐性を付与できることを示唆しています。連続した通路による株GK12のブタノールへの曝露は成長率を高め、まだ知られていないメカニズムが溶媒耐性にも寄与する可能性があることを示しています。総合すると、結果は、2.0％のブタノールで成長できるブタノールおよびイソブタノール耐性菌が環境に存在し、有害な溶媒に対する構造的完全性を維持するためのさまざまな戦略を持っていることを示しています。
Despite their importance as a biofuel production platform, only a very limited number of butanol-tolerant bacteria have been identified thus far. Here, we extensively explored butanol- and isobutanol-tolerant bacteria from various environmental samples. A total of 16 aerobic and anaerobic bacteria that could tolerate greater than 2.0% (vol/vol) butanol and isobutanol were isolated. A 16S rRNA gene sequencing analysis revealed that the isolates were phylogenetically distributed over at least nine genera: Bacillus, Lysinibacillus, Rummeliibacillus, Brevibacillus, Coprothermobacter, Caloribacterium, Enterococcus, Hydrogenoanaerobacterium, and Cellulosimicrobium, within the phyla Firmicutes and Actinobacteria. Ten of the isolates were phylogenetically distinct from previously identified butanol-tolerant bacteria. Two relatively highly butanol-tolerant strains CM4A (aerobe) and GK12 (obligate anaerobe) were characterized further. Both strains changed their membrane fatty acid composition in response to butanol exposure, i.e., CM4A and GK12 exhibited increased saturated and cyclopropane fatty acids (CFAs) and long-chain fatty acids, respectively, which may serve to maintain membrane fluidity. The gene (cfa) encoding CFA synthase was cloned from strain CM4A and expressed in Escherichia coli. The recombinant E. coli showed relatively higher butanol and isobutanol tolerance than E. coli without the cfa gene, suggesting that cfa can confer solvent tolerance. The exposure of strain GK12 to butanol by consecutive passages even enhanced the growth rate, indicating that yet-unknown mechanisms may also contribute to solvent tolerance. Taken together, the results demonstrate that a wide variety of butanol- and isobutanol-tolerant bacteria that can grow in 2.0% butanol exist in the environment and have various strategies to maintain structural integrity against detrimental solvents.
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