Вывод Научного центра биоэнергетики Министерства энергетики, опубликованный в журнале Metabolic Engineering, основан на результатах 2011 года, в которых исследователи сообщили о первом генетически модифицированном микробе, производящем изобутанол непосредственно из целлюлозы.Изобутанол привлекателен тем, что его удельная энергия и октановое число намного ближе к бензину, и он полезен не только как прямая замена бензина, но и как химическое сырье для различных продуктов.
Например, изобутанол можно химически превратить в углеводородный эквивалент реактивного топлива.Хотя более ранняя работа исследователей BESC из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе была важна с точки зрения доказательства принципа, этот новый результат представляет собой значительный выигрыш.«Когда мы сообщили о нашем первоначальном открытии четыре года назад, мы использовали Clostridium celluloyticium, который является менее сложным организмом с точки зрения метаболической инженерии», — сказал соавтор Джеймс Ляо из Школы инженерии и прикладных наук Генри Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «С помощью этой статьи мы успешно разработали аналогичные свойства у гораздо более урожайного Clostridium thermocellum, и это вывело нас на новый уровень консолидированной эффективности биопереработки».Консолидированная биообработка относится к объединению нескольких процессов в одном микробе, который можно использовать для извлечения сахара из целлюлозы растения и преобразования этих сахаров в биотопливо.
Этот подход можно использовать для объединения нескольких этапов — предварительной обработки, ферментативной обработки и ферментации — для производства биотоплива с меньшими затратами. Этот процесс также помогает преодолеть проблемы непокорности или естественной защиты растений от химического демонтажа. Непокорность является одним из основных экономических препятствий для использования лигноцеллюлозной биомассы, такой как кукурузная солома и просо просо, в качестве сырья для биотоплива.В то время как предыдущий генно-инженерный микроб достиг результатов преобразования 0,6 грамма изобутанола на литр, Clostridium thermocellum произвел от 5 до 6 граммов на литр.
Исследователи достигли этого, вставив в микроб пять генов, что позволило ему синтезировать изобутанол. Ученые рассматривают это как явный шаг вперед по сравнению со стратегиями, использующими дрожжи для создания биотоплива из целлюлозы.
"В дополнение к этой разработке, которая приближает команду BESC к цели производства более 20 граммов на литр, перспективы коммерческой реализации этого подхода в значительной степени зависят от того факта, что микроб работает при достаточно высоких температурах, чтобы поддерживать конкуренцию. насекомых из-за загрязнения резервуаров для микробной ферментации и вмешательства в процесс конверсии », — сказал Пол Гилна, директор BESC.Авторы отмечают, что проблемы микробной инженерии остаются, но это открытие их обнадеживает. Другими авторами статьи под названием «Консолидированная биопереработка целлюлозы в изобутанол с использованием Clostridium thermocellum» являются Бет Папанек, Лорен Райли и Адам Гусс из ORNL, а также Пол Лин, Лу Ми, Эми Мориока, Коуки Йошино, Савако Кониши и Шарон Сю из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. .