Bakterie i grzyby do produkcji oleju napędowego

Naukowcy na całym świecie nie przestają poszukiwać środków produkcji biopaliw, które nie wchodziłyby w konflikt z sektorem produktów spożywczych. Na przykład, badacze amerykańscy aktualnie pracują nad bardzo obiecującym tropem. Albowiem, próbują  oni zmusić pewną bakterię i pewne drożdże do współpracy, ze sobą i z nami, sprecyzujmy.

Do owocnej współpracy dodajmy, ponieważ chodzi tutaj o produkcję substytutu oleju napędowego. Podczas gdy biopaliwa są bardzo żywo teraz krytykowane, wyzwaniem, jakie stoi aktualnie przed naukowcami, jest produkcja energii bez wkraczania na pole przemysłu rolno-spożywczego, jak również bez wpływania na zdrowie ekosystemów, ponieważ nawet bioetanol oraz biodiesel spotkały się już z oskarżeniami, iż nie są tak „zielone”, jak miały być w pierwotnym zamyśle.

Krytyczny raport na temat biopaliw

Ostatni raport, zrealizowany przez Europejską Agencję Środowiska (EEA, ang. European Environment Agency), w rzeczywistości niezwykle surowo ocenił te biopaliwa: wchodzą bowiem one w konkurencję z sektorem spożywczym i globalnie, może okazać się więc, że nie są one w ogóle korzystne dla środowiska, w ostatecznym rozrachunku.

A w zasadzie, mogą one temu środowisku szkodzić. Stąd więc żywa konieczność znalezienia biopaliw, do produkcji których używano by jedynie odpadów roślinnych, nie służących już absolutnie do niczego innego (nawet do nawożenia gleby).

Stąd więc pomysł, żeby wykorzystać, na przykład, zdolności niektórych organizmów żywych, bakterii i grzybów, do przetwarzania cukrów prostych w molekułę o silnym potencjale posłużenia jako paliwo.

Terpeny do produkcji oleju napędowego

W tej optyce, wydawać się może, że pewien amerykański zespół naukowy z Joint BioEnergy Institute mógł nawet znaleźć rozwiązanie tego problemu. Modyfikując pewnego grzyba i pewną bakterię, badacze ci doprowadzili do produkcji znaczących ilości pewnego związku, który nazwali bisabolanem, a który jest oznaczany jako C15H30. Związek ten może zastąpić olej napędowy. Rezultaty badania zostały przedstawione w naukowym Nature Communications. Jak doszło do tego odkrycia?

Bisabolen, bisabolol, bisabolan…

Na początku, amerykańscy zidentyfikowane bisabolan jako alternatywę do oleju napędowego. Molekuła ta C15H30, alkan, jest formowana przez swojego prekursora, którym jest bisabolen, terpen z rodziny seskwiterpenów (C15H24), poprzez uwodornienie (dodatkowy atom wodoru). Te terpeny są również syntezowane przez rośliny, ale z o wiele słabszym zyskiem.

Według autorów artykułu z Nature Communications, posłużenie się organizmami zmodyfikowanymi jest środkiem najskuteczniejszym i najbardziej opłacalnym dla produkcji w dużych ilościach. Naukowcy amerykańscy więc zmodyfikowali pewną bakterię oraz pewien gatunek drożdży tak, żeby produkowały one w wielkich ilościach molekuły bisabolenu.

Skuteczna współpraca drożdży i bakterii

Zdradźmy w końcu tutaj, iż ta tajemnicza bakteria to nasza stara dobra znajoma Escherichia coli, a te równie tajemnicze grzyby to Saccharomyces cerevisiae, znane z zupełnie innej produkcji do tej pory – ponieważ są to zwykłe drożdże piwne.

Aby więc zrealizować swój plany, biolodzy amerykańscy wyselekcjonowali enzym pozwalający na produkcję z dużym zyskiem bisabolenu z difosforanu farnezylu (FPP).

Wzrost ekspresji genów

Następnie, badacze zmodyfikowali genetycznie zarówno bakterię Escherichia coli, jak również drożdże Saccharomyces cerevisiae, tak, aby wywołać wzmocnienie ekspresji genów kodujących enzymy biorące udział w syntezie difosforanu farnezylu.

W ten sposób, badaczom amerykańskim udało się skutecznie zwiększyć zysk z każdego etapu transformacji, prowadząc do syntezy terpenów. Wynikiem tych wszystkich zabiegów jest substytut oleju napędowego...

Jak uważają sami autorzy tych prac, wyjątkowo ważne jest, aby pracować nad biodieslem, zamiast nad bioetanolem. W rzeczywistości, biodiesel jest bezpośrednim substytutem innych paliw nie zielonych i nie wymaga tworzenia, równolegle, nowych przystosowanych silników.

Przyszłym celem naukowców będzie zastąpienie uwodornienia chemicznego poprzez transformację enzymatyczną, wyposażając zarówno bakterię Escherichia coli, jak również drożdże Saccharomyces cerevisiae, w reduktazę alkenu.