Биодизель из опилок
Человек уже более ста лет использует растительные и животные жиры для производства топлива и различных химических продуктов: поверхностно-активных веществ, растворителей и смазок. Растущие потребности населения и ограниченность ресурсов обусловили не только подъем цен на природное сырье, но и возникновение ряда серьезных экологических проблем. В связи с этим специалисты считают, что более целесообразной со всех точек зрения альтернативой является производство топлива и других нужных человеку химикатов путем бактериальной переработки возобновимого сырья, например, растительной биомассы. Однако существующие на сегодняшний день технологии не обеспечивают достаточную рентабельность коммерческого производства такого топлива. Одним из активно разрабатываемых подходов к решению этой проблемы является использование жирных кислот – богатых энергией молекул, синтезируемых живыми клетками.
Работающие под руководством светила синтетической биологии Джея Кизлинга (Jay Keasling) ученые из Объединенного института биоэнергетики (JBEI), основанного Министерством энергетики США и объединяющего ученых нескольких лабораторий с мировым именем, главной из которых является Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли (LBNL), и частной промышленной биотехнологической компании LS9 (Сан-Фанциско) создали штамм кишечной палочки (Escherichia coli), способный продуцировать высококачественное дизельное топливо и другие ценные химические соединения из необработанной растительной биомассы.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature от 28 января в статье «Microbial Production of Fatty Acid-Derived Fuels and Chemicals from Plant Biomass».
Обычно кишечная палочка не тратит энергию на производство избытков жира. Синтезируемые ею жирные кислоты связываются с белком-носителем, накопление которого подавляет продукцию жирных кислот. С помощью методов генной инженерии разработчики сначала разобщили эту петлю обратной связи, после чего «отучили» кишечную палочку использовать жирные кислоты для получения энергии. В результате они получили микроорганизм, продуцирующий избыточное количество жирных кислот, и удаляющий эти ненужные ему вещества в наружную среду, что облегчает получение топлива в биореакторе.
После этого с помощью методов синтетической биологии авторы встроили в геном кишечной палочки гены, обеспечивающие способность продуцировать непосредственно из простых углеводов вещества с заданными свойствами: эфиры жирных кислот (биодизель), спирты и парафины. Конечным этапом стало создание штамма бактерий, способных синтезировать гемицеллюлазы – ферменты, расщепляющие сложный углевод гемицеллюлозу, являющуюся основным компонентом биомассы и, соответственно, основным депо химической энергии, законсервированной в оболочках растительных клеток.
Полученный в результате штамм кишечной палочки способен продуцировать топливо и другие химикаты непосредственно из биомассы, непригодной даже на корм домашним животным. Сейчас для производства биотоплива такую биомассу подвергают дорогостоящей ферментативной обработке, обеспечивающей высвобождение простых углеводов.
Слева – группа кишечных палочек, секретирующих липидные капли, содержащие биодизель, жирные кислоты и спирты;
справа – процесс высвобождения синтезированных веществ во внешнюю среду.
В настоящее время авторы работают над максимизацией эффективности и скорости работы бактерий. Они уверены, что их разработка значительно облегчит и удешевит процесс производства биотоплива и, таким образом, поможет в решении одной из глобальных проблем современности.
Евгения Рябцева, Александр Чубенко
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Lawrence Berkeley National Laboratory: Microbes Produce Fuels Directly from Biomas.
01.02.2010