تبدیل کارآمد مواد لیگنوسلولزی (LCMS) به سوخت اتانول به یک اولویت جهانی برای تولید انرژی تجدیدپذیر، سازگار با محیط زیست و با قیمت مناسب برای بخش حمل و نقل، تبدیل شده است. سوخت اتانول می تواند به عنوان بنزین با اکسیژن بالا استفاده شود و اکسیداسیون بهتر هیدروکربن ها را امکان پذیر ساخته و همچنین میزان انتشار گازهای گلخانه ای را به اتمسفر کاهش دهد. سه مرحله کلیدی (پیش تیمار، هیدرولیز و تخمیر) جهت بهبود عملکرد و تولید بیواتانول و همچنین کاهش مقدار سرمایه و هزینه های عملیاتی وجود دارد.

مناسب ترین همی سلولزها، گزیلان ها و گلوکومانان ها بوده که گزیلان ها فراوان ترین آن ها هستند که باید به از لیگنین جدا شوند. به همین منظور پیش تیمارهای مختلفی مانند هیدرولیز اسیدی، تیمارهای قلیایی و گرمابی، محلول های یونی و سوپر اسیدها ایجاد شده است. هر یک از روش های مذکور معایب و مزایایی دارند ولی همه ی آن ها در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته و در مقیاس صنعتی به بوته ی آزمایش قرار نگرفته است. پس، پیش تیمار ایده آل باید به بیشترین بازیافت قند و کمترین مقدار محصول جانبی ختم شود.

پس از اعمال پیش تیمار مناسب، باید از میکروارگانیسم های مفید و کارآمدتر نیز استفاده شود تا بیواتانول بیشتر و با کیفیت تری به دست آید. ویژگی های میکرواورگانیسم هایی که در تولید سوخت اتانول نقش دارند عبارتند از:

1- توانایی طبیعی برای تبدیل مواد لیگنوسلولزی به اتانول 2- متابولیسم همی سلولز و اولیگوساکاریدهای حاصل از آن 3- دستورالعمل های مهندسی تکاملی و متابولیک برای بهبود نژاد

موجودات مختلفی قادرند با توانایی ها و مزایا یا معایب متفاوتی مواد لیگنوسلولزی را به اتانول تبدیل کنند که شناخته ترین آن ها عبارتند از: 1- اشریشیا کولای 2- زیموموناس موبیلیس

1- اشریشیا کولای مزایای متعددی دارد. مثلا می تواند طیف وسیعی از قندها را ازجمله دی گلوکز و ال – آرابینوز تخمیر کند، ساده بودن دست ورزی های ژنتیکی. با این حال، چندین ایراد بر آن وارد است: محدوده PH خنثی (6-8) باعث حساس شدن تخمیر باکتریایی به آلودگی می شود، تحمل کم به مهار کننده های مشتق از مواد لیگنوسلولزی، اتانول و تشکیل محصول مخلوط.

2- زیموموناس موبیلیس با استفاده از مسیر تخمیر اینتر- دودوروف دی گلوکز را اتانول تبدیل می کند. مقدار اتانول زیاد و ناخالصی توده سلولی خیلی کمی تولید می کند. اما ایرادهایی که دارد عبارتند از: دامنه PH طبیعی باریک و مقاومت کم به بازدارنده های حاصل از مواد لیگنوسلولزی. مقاومت به اتانول به تولید غلظت 12 تا 5/13 درصدی آن می شود. همچنین دامنه ی پیش ماده ی آن باریک بوده و بیشتر قادر تخمیر دی گلوکز است.

مونو و دی ساکاریدهای حاصل از هیدرولیز مواد لیگنوسلولزی با توجه به نوع میکروب و شرایط محیطی مثل دما، غلظت بازدارنده ها و غیره به دو روش از غشاء میکروب های مخمر عبور می کنند: 1- انتشار تسهیل شده که براساس شیب غلظت عمل می کند 2- انتقال فعال (وابسته به شیب پروتونی، وابسته به انرژی حاصل از ATP، وابسته به فسفوانول پیرووات).

موجودات زنده ی یک اکوسیستم ممکن است با هم ارتباط داشته یا نداشته باشند. در حالتی که باهم ارتباط دارند، روابط آن ها به شکل های مختلفی است که یکی از آنها همزیستی باکتری های ریزوبیوم با ریشه ی گیاهان است که گاهی به تشکیل ساختاری به نام گرهک ختم می شود. در این ساختارها که عمر آن ها به گونه گیاهی و عوامل متعددی نظیر ژنوتیپ گیاه میزبان، ژنوتیپ میکروسیمبیونت ریزوبیالی، محیط رشد (میزان نیترات خاک، نسبت متابولیت های نیتروژن دار به متابولیت های کربن دار دمای بالا، شرایط اسیدی خاک، آلودگی ریشه به عوامل بیماریزا و خشکی و غیره) و رقابت گره و میوه جهت گرفتن انرژی و مواد قندی بستگی دارد، عمل تثبیت نیتروژن توسط باکتروئیدها صورت می گیرد. در گره ها یک شیب شعاعی نمو وجود دارد به طوری که پیری در مرکز آغاز شده و به سمت بیرون پراکنده و منتشر می شود. باکتری های درون سیمبیوزوم در هر دو نوع گرهک می توانند هنگامی که گرهک پیر می شود، دوباره به حالت باکتری های ساپروفیت بازگردند. برقراری همزیستی با ترشح موادی از سوی گیاه نظیر فلاونوئیدها شروع شده و اختصاصی بودن ارتباط توسط عوامل نود ترشح شده از طرف باکتری ها تعیین می شود. شکل گیری گره و تعیین تعداد آن ها و همچنین فعالیت آن ها توسط مسیرهای هورمونی (اتیلن، آبسزیک اسید و سیتوکینین) و متابولیتی کنترل می شود. بیشترین فعالیت تثبیت نیتروژن در هفته ی سوم عمر آن دیده می شود و به تدریج از فعالیت آن کاسته شده و تعداد پراکسیزوم ها افزایش، تعداد میتوکندری ها کاهش و پلاست ها در خود فریتین ذخیره خواهد کرد و فعالیت خود را نهایتا از دست می دهد. همچنین فعالیت تیول پروتئازها به ویژه سیستئین پروتئازها افزایش می یابد. گونه های فعال اکسیژن نقش های متعددی در سلول های گیاهی، جانوری و باکتریایی دارند که عبارتند از: مرگ برنامه ریزی شده ی سلولی، چرخه سلولی، به عنوان پیک ثانویه در پیام رسانی آبسزیک اسید و اتیلن، پاسخ ایمنی ذاتی (مانند پاسخ بسیار حساس) و ایمنی اکتسابی. دو فرضیه برای نقش گونه های فعال اکسیژن، آسکوربات و گلوتاتیون در پیری گرهک لگوم ارائه شده است:

1- کاهش تدریجی گلوتاتیون و آسکوربات می تواند به افزایش تدریجی تنش اکسیداتیو و آغاز پیری گرهک منجر شود.

2- کاهش تدریجی آسکوربات و گلوتاتیون گرهک طی پیری به افزایش تدریجی تنش اکسیداتیو منجر نمی شود زیرا با کاهش گونه های فعال اکسیژن همراه است و توازن ردوکس گرهک حفظ می شود. در  هر دو حالت روابط پلاسمودسمایی از بین رفته و آسکوربات یا پیش سازهای گلوتاتیون که گره نمی رسد. زیرا گره به تنهایی به دلیل نداشتن آنزیم گالاکتونولاکتون دهیدروژناز، قادر به ساخت آنتی اکسیدان های آسکوربات و گلوتاتیون نیستند.