Adv Biochem Eng Biotechnol (2020) 172: 1–52
DOI: 10.1007/10_2020_126
© Springer Nature Switzerland AG 2020
Published online: 28 April 2020
Alkaliphiles: The Versatile Tools
in Biotechnology
Gashaw Mamo and Bo Mattiasson
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Extremophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4 Alkaliphiles in Biotechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.1 Alkaline Active Enzymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.2 Pharmaceutically Important Metabolites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.3 Carotenoids of Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.4 Siderophores of Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.5 Biosurfactant Production by Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.6 Exopolysaccharides of Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.7 Alkaliphiles in Biofuel Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.8 Organic Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.9 Alkaliphile Biomass as Food and Feed Supplement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.10 Alkaliphiles in Bioelectricity: Microbial Fuel Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.11 Alkaliphiles in Bioconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.12 Alkaliphiles in Mining and Oil Drilling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.13 Alkaliphiles in Environmental Biotechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5 Concluding Remarks . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . 36
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Abstract The extreme environments within the biosphere are inhabited by organisms known as extremophiles. Lately, these organisms are attracting a great deal of
interest from researchers and industrialists. The motive behind this attraction is
mainly related to the desire for new and efficient products of biotechnological
G. Mamo (*)
Indienz AB, Billeberga, Sweden
e-mail: gashaw.mamo1@gmail.com
B. Mattiasson
Department of Biotechnology, Lund University, Lund, Sweden
e-mail: bo.mattiasson@biotek.lu.se
DOI: 10.1007/10_2020_126
© Springer Nature Switzerland AG 2020
Published online: 28 April 2020
Alkaliphiles: The Versatile Tools
in Biotechnology
Gashaw Mamo and Bo Mattiasson
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Extremophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4 Alkaliphiles in Biotechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.1 Alkaline Active Enzymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.2 Pharmaceutically Important Metabolites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.3 Carotenoids of Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.4 Siderophores of Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.5 Biosurfactant Production by Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.6 Exopolysaccharides of Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.7 Alkaliphiles in Biofuel Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.8 Organic Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.9 Alkaliphile Biomass as Food and Feed Supplement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.10 Alkaliphiles in Bioelectricity: Microbial Fuel Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.11 Alkaliphiles in Bioconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.12 Alkaliphiles in Mining and Oil Drilling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.13 Alkaliphiles in Environmental Biotechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5 Concluding Remarks . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . 36
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Abstract The extreme environments within the biosphere are inhabited by organisms known as extremophiles. Lately, these organisms are attracting a great deal of
interest from researchers and industrialists. The motive behind this attraction is
mainly related to the desire for new and efficient products of biotechnological
G. Mamo (*)
Indienz AB, Billeberga, Sweden
e-mail: gashaw.mamo1@gmail.com
B. Mattiasson
Department of Biotechnology, Lund University, Lund, Sweden
e-mail: bo.mattiasson@biotek.lu.se