Bakterie vytvářejí lepší alkoholová paliva

Inženýrstvím metabolického procesu běžného E-coli Bakterie, vědci z Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA), přiměli mikroorganismus, aby chrlil užitečné alkoholy s dlouhým řetězcem, které mají potenciál jako nová biopaliva. Biopaliva produkovaná bakteriemi mají pět až osm atomů uhlíku ve srovnání s etanolem, který má dva uhlíky.

Proteinová podpora: Geny vložené do bakterií E. coli kódují proteiny (struktury ve tvaru stuhy a provázku), které přeměňují prekurzor aminokyseliny (zelenou a červenou molekulu) na alkoholy, které by mohly být použity jako biopaliva.

Vyšší počet atomů uhlíku dává biopalivu tolik energie na galon jako benzínu; pro srovnání, etanol má o 30 procent méně energie než benzín. A na rozdíl od etanolu jsou nová biopaliva kompatibilní s dnešní benzínovou infrastrukturou, říká James Liao , profesor chemického a biomolekulárního inženýrství na UCLA, který vedl výzkum. Vzhledem k tomu, že alkoholy s dlouhým řetězcem neabsorbují vodu tak snadno jako etanol, mohly by být přepravovány po zemi stávajícími ropovody.

Alkoholy s delším řetězcem mají také výhodu oproti butanolu, dalšímu biopalivu na bázi alkoholu, říká Liao. Alkoholy s dlouhým řetězcem se oddělují z vody mnohem snadněji než butanol, takže by nepotřebovaly energeticky náročnou destilaci. Mnoho společností, včetně DuPont a BP, se snaží komercializovat proces výroby čtyřuhlíkového alkoholového butanolu pomocí mikrobů. Skupina Liao také navrhla chyby, které vyrábějí butanol, a její technologie byla licencována společností Pasadena, CA, startup Gevo.

Liao a jeho kolegové používají nástroje syntetické biologie, aby si pohráli s metabolismem aminokyselin E-coli . Všechny organismy produkují velké množství aminokyselin, které jsou stavebními kameny bílkovin. Výzkumníci tuto metabolickou dráhu reengineering tak, že ke konci se prekurzorové sloučeniny, které by se normálně přeměnily na aminokyseliny, místo toho změnily na alkoholy s dlouhým řetězcem.

Za tímto účelem vědci vkládají do bakterií geny, které je nutí produkovat nepřirozeně dlouhé molekuly prekurzorů aminokyselin, které mají více než šest atomů uhlíku. Do mikroba také vnesou dva geny – jeden z druhu kvasinek a jeden z bakterie vyrábějící sýr. Tyto modifikované geny produkují dva nové proteiny, které mohou přeměnit prekurzory na alkoholy s pěti až osmi uhlíky.

Startupy LS9 a Amyris Biotechnologies již přeměňují mikroby na výrobu uhlovodíkových paliv. Oba plánují zahájit komerční výrobu svých paliv do roku 2010.

Jak je tomu v případě nové práce, LS9 i Amyris používají syntetickou biologii, přepojují metabolické systémy mikrobů vložením genů z jiných organismů, předělávají známé geny a mění expresi proteinů. Všechny přístupy Liao, LS9 a Amyris se však zaměřují na jiný typ metabolické dráhy. Výzkumníci LS9 přepracovali metabolismus mastných kyselin E-coli , zatímco Amyris si pohrává s cestami , které produkují přírodní sloučeniny známé jako isoprenoidy .

Liao říká, že dráha aminokyselin by mohla mít mírnou výhodu. Je přirozeně aktivnější vůči bakteriím, takže hraní s ním by mohlo být produktivnější. Myslíme si, že je to skutečně efektivnější způsob výroby těchto sloučenin, říká. Potenciálně tedy budeme mít vyšší výnos.

Nové alkoholové palivo s dlouhým řetězcem podle Liao zaujalo společnosti. Ale před námi je ještě dlouhá cesta. Jednou velkou výzvou, kterou je třeba překonat, může být toxicita alkoholů s dlouhým řetězcem pro bakterie, říká Chris Somerville , ředitel Energy Biosciences Institute na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Ethanol je pro mikroby smrtící v koncentraci kolem 14 procent. Butanol je ještě toxičtější, zabíjí mikroby při asi 2procentní koncentraci. Tato toxicita je jedním z hlavních problémů, kterým čelí butanolové procesy. Vytvoření produktu, který je relativně netoxický pro kulturu, říká Somerville, je opravdu důležité pro zvýšení výnosu.

Liao si nemyslí, že toxicita bude stopkou na výstavu. Říká, že bakterie by mohly být upraveny tak, aby byly tolerantnější k alkoholu. Ale říká, že zvýšení výnosu bude v rukou společnosti, která novou technologii licencuje.

skrýt