211service.com
Bakterier gør bedre alkoholbrændstoffer
Ved at konstruere den fælles metaboliske proces E coli bakterier, forskere ved University of California, Los Angeles (UCLA), har lokket mikroorganismen til at udskille nyttige langkædede alkoholer, der har potentiale som nye biobrændstoffer. De bakterieproducerede biobrændstoffer har mellem fem og otte kulstofatomer sammenlignet med ethanol, der har to kulstofatomer.
Protein boost: Gener indsat i E. coli-bakterier koder for proteiner (bånd- og strengformede strukturer), som omdanner en aminosyreprecursor (grønt og rødt molekyle) til alkoholer, der kan bruges som biobrændstoffer.
Det højere antal kulstofatomer giver biobrændstofferne lige så meget energi pr. gallon som benzin; til sammenligning har ethanol 30 procent mindre energi end benzin. Og i modsætning til ethanol er de nye biobrændstoffer kompatible med nutidens benzininfrastruktur, siger James Liao , en professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab fra UCLA, der ledede forskningen. Da de langkædede alkoholer ikke optager vand så let som ethanol, kunne de transporteres rundt i landet i eksisterende olierørledninger.
De længere kædede alkoholer har også en fordel i forhold til butanol, et andet alkoholbaseret biobrændstof, siger Liao. De langkædede alkoholer adskilles meget lettere fra vand end butanol gør, så de behøver ikke energikrævende destillation. Mange virksomheder, herunder DuPont og BP, forsøger at kommercialisere en proces til at fremstille den fire-carbon alkohol butanol ved hjælp af mikrober. Liaos gruppe har også konstrueret fejl, der laver butanol, og dens teknologi er blevet licenseret af Pasadena, CA, startup Gevo.
Liao og hans kolleger bruger syntetisk-biologiske værktøjer til at pille ved aminosyremetabolismen i E coli . Alle organismer producerer et stort antal aminosyrer, som er byggestenene i proteiner. Forskerne omkonstruerer denne metaboliske vej, så mod slutningen, bliver de prækursorforbindelser, der normalt ville blive omdannet til aminosyrer, i stedet for til langkædede alkoholer.
For at gøre dette indsætter forskerne gener i bakterierne, der får dem til at producere unaturligt lange aminosyreprecursormolekyler, der har mere end seks kulstofatomer. De konstruerer også to gener - et fra en type gær, et fra en ostefremstillingsbakterie - ind i mikroben. Disse modificerede gener producerer to nye proteiner, der kan omdanne prækursorerne til alkoholer med fem til otte kulstof.
Startups LS9 og Amyris Biotechnologies er allerede i gang med at omkonstruere mikrober til at producere kulbrintebrændstoffer. Begge planlægger at begynde kommerciel produktion af deres brændstoffer inden 2010.
Som det er tilfældet med det nye arbejde, bruger både LS9 og Amyris syntetisk biologi, omledning af mikrobers metaboliske systemer ved at indsætte gener fra andre organismer, redesigne kendte gener og ændre proteinernes udtryk. Men tilgangene fra Liao, LS9 og Amyris er alle rettet mod en anden type metabolisk vej. LS9-forskere har ombygget fedtsyremetabolismen af E coli , mens Amyris roder med de veje , der producerer naturlige forbindelser kendt som isoprenoider .
Liao siger, at aminosyrevejen kunne have en lille fordel. Det er naturligt mere aktivt i bakterier, så det kan være mere produktivt at lege med det. Vi mener, at dette i sagens natur er en mere effektiv måde at fremstille disse forbindelser på, siger han. Så potentielt vil vi have et højere udbytte.
Det nye langkædede alkoholbrændstof har fanget virksomhedernes interesse, ifølge Liao. Men der er lang vej endnu. En stor udfordring at overvinde kunne være de langkædede alkoholers toksicitet over for bakterierne, siger Chris Somerville , direktør for Energy Biosciences Institute ved University of California, Berkeley. Ethanol er dødelig for mikrober i en koncentration på omkring 14 procent. Butanol er endnu mere giftigt og dræber mikrober ved omkring 2 procent koncentration. Denne toksicitet er et af de største problemer for butanolprocesser. At lave et produkt, der er relativt ugiftigt for kulturen, siger Somerville, er virkelig vigtigt for at få udbyttet op.
Liao tror ikke, at toksicitet vil være en stopper. Han siger, at bakterierne kunne konstrueres til at gøre dem mere alkoholtolerante. Men, siger han, at øge udbyttet vil være i hænderne på den virksomhed, der licenserer den nye teknologi.