Bakterie wytwarzają lepsze paliwo alkoholowe

Poprzez inżynierię procesu metabolicznego tego, co wspólne E coli bakterie, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA), namówili mikroorganizm do produkcji użytecznych długołańcuchowych alkoholi, które mają potencjał jako nowe biopaliwa. Biopaliwa produkowane przez bakterie mają od pięciu do ośmiu atomów węgla, w porównaniu z etanolem, który ma dwa węgle.

Zastrzyk białka: Geny wprowadzone do bakterii E. coli kodują białka (struktury w kształcie wstążki i sznurka), które przekształcają prekursor aminokwasowy (cząsteczka zielona i czerwona) w alkohole, które można wykorzystać jako biopaliwa.

Większa liczba atomów węgla daje biopaliwom tyle samo energii na galon, co benzyna; dla porównania etanol ma o 30 procent mniej energii niż benzyna. W przeciwieństwie do etanolu, nowe biopaliwa są kompatybilne z dzisiejszą infrastrukturą benzynową, mówi James Liao , profesor chemii i inżynierii biomolekularnej na UCLA, który kierował badaniami. Ponieważ alkohole długołańcuchowe nie wchłaniają wody tak łatwo jak etanol, mogłyby być transportowane po całym kraju istniejącymi rurociągami naftowymi.

Alkohole o dłuższych łańcuchach mają również przewagę nad butanolem, innym biopaliwem na bazie alkoholu, mówi Liao. Alkohole długołańcuchowe oddzielają się od wody znacznie łatwiej niż butanol, więc nie wymagają energochłonnej destylacji. Wiele firm, w tym DuPont i BP, próbuje skomercjalizować proces wytwarzania czterowęglowego alkoholu butanol przy użyciu drobnoustrojów. Grupa Liao opracowała również błędy, które wytwarzają butanol, a jej technologia została licencjonowana przez startup Gevo w Pasadenie w Kalifornii.

Liao i jego koledzy używają narzędzi biologii syntetycznej do majsterkowania przy metabolizmie aminokwasów E coli . Wszystkie organizmy produkują dużą ilość aminokwasów, które są budulcem białek. Naukowcy przeprojektowali ten szlak metaboliczny, aby pod koniec związki prekursorowe, które normalnie przekształcały się w aminokwasy, zamieniały się w alkohole o długich łańcuchach.

Aby to zrobić, naukowcy wstawiają do bakterii geny, które sprawiają, że wytwarzają nienaturalnie długie cząsteczki prekursorów aminokwasów, które mają więcej niż sześć atomów węgla. Wprowadzają również dwa geny – jeden z drożdży, a drugi z bakterii produkującej ser – do mikroba. Te zmodyfikowane geny wytwarzają dwa nowe białka, które mogą przekształcać prekursory w alkohole o pięciu do ośmiu atomach węgla.

Startupy LS9 i Amyris Biotechnologies już przebudowują mikroby do produkcji paliw węglowodorowych. Obaj planują rozpocząć komercyjną produkcję swoich paliw do 2010 roku.

Podobnie jak w przypadku nowej pracy, zarówno LS9, jak i Amyris wykorzystują biologię syntetyczną, przekształcając systemy metaboliczne drobnoustrojów poprzez wstawianie genów z innych organizmów, przeprojektowanie znanych genów i zmianę ekspresji białek. Ale podejścia Liao, LS9 i Amyris mają na celu inny rodzaj szlaku metabolicznego. Badacze LS9 przeprojektowali metabolizm kwasów tłuszczowych E coli , podczas gdy Amyris majstruje przy ścieżkach , które wytwarzają naturalne związki znane jako izoprenoidy .

Liao mówi, że szlak aminokwasowy może mieć niewielką przewagę. Jest naturalnie bardziej aktywny w bakteriach, więc zabawa z nim może być bardziej produktywna. Uważamy, że jest to z natury bardziej wydajny sposób wytwarzania tych związków, mówi. Więc potencjalnie będziemy mieli wyższą wydajność.

Według Liao nowe długołańcuchowe paliwo alkoholowe wzbudziło zainteresowanie firm. Ale przed nami jeszcze długa droga. Jednym z dużych wyzwań do pokonania może być toksyczność alkoholi długołańcuchowych dla bakterii, mówi Chris Somerville , dyrektor Energy Biosciences Institute na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Etanol jest zabójczy dla drobnoustrojów w stężeniu około 14 procent. Butanol jest jeszcze bardziej toksyczny, zabija drobnoustroje w stężeniu około 2 procent. Ta toksyczność jest jednym z głównych problemów stojących przed procesami butanolowymi. Wytwarzanie produktu, który jest stosunkowo nietoksyczny dla kultury, mówi Somerville, jest naprawdę ważne dla zwiększenia wydajności.

Liao nie sądzi, że toksyczność powstrzyma pokaz. Mówi, że bakterie można by tak skonstruować, aby były bardziej tolerancyjne na alkohol. Ale, jak mówi, zwiększenie wydajności będzie w rękach firmy, która licencjonuje nową technologię.

ukryć