Svampegener hjælper med at forvandle græs til ethanol

Gener kopieret fra en almindelig svamp kunne forenkle produktionen af ​​ethanol fra rigelige materialer som græs og træflis, en udvikling der en dag kan hjælpe ethanol til at konkurrere med benzin.

Transportørerne: Svampeproteiner, der hjælper med at transportere komplekse sukkerarter til fordøjelsen, kan ses på dette billede af gær. Transporterproteinerne er blevet mærket med et grønt fluorescerende protein.

Forskere har taget gener fra en svamp, der vokser på græs og døde planter, og transplanteret dem til gær, der allerede bruges til at omdanne sukker til ethanol. Generne lader gæren gære dele af planter, som den normalt ikke kan fordøje, hvilket potentielt effektiviserer produktionen af ​​ethanol.

Det er bare en mere effektiv proces, siger Jamie Cate , en biolog ved University of California, Berkeley og ved Lawrence Berkeley National Laboratory. At barbere hver skilling af, man kan, kunne få det til at konkurrere med olie, siger Cate, der har ledet arbejdet.

Det meste ethanol er fremstillet ved hjælp af simple sukkerarter, såsom glukose afledt af majskerner eller sukkerrør. Ethanolproducenter vil gerne bruge glukose fra mere rigelige kilder, såsom majsskaller og -stilke, skiftegræs, træaffald og andre seje plantematerialer. Men de plantedele er lavet af cellulose, et kulhydrat bygget af lange kæder af sukkerarter. For at gær kan producere ethanol af disse materialer, skal det komplekse kulhydrat først nedbrydes til meget simple sukkerarter, en proces, der tager tid og normalt kræver tilsætning af dyre enzymer.

Med den nye teknik ville ethanolproducenter ikke længere skulle nedbryde cellulose til simple sukkerarter. I stedet skulle de kun nedbryde cellulose til et mellemmateriale kaldet cellodextrin. Den modificerede gær kan arbejde med dette, i stedet for at vente på, at den bliver nedbrudt helt til glukose, og fjerne trin, der koster tid og penge.

Gær tager et simpelt molekyle såsom glukose og fordøjer det som mad og producerer alkohol som et biprodukt. Berkeley-forskerne sammen med en kollega fra kinesiske videnskabsakademi i Tianjin, fandt, at en fuzzy orange svamp kaldet Neosporer der vokser på dødt plantemateriale producerer to forskellige proteiner, der hjælper med at transportere mere komplekse cellulosemolekyler ind i celler til fordøjelse. Derudover fandt de ud af, at svampen producerer et enzym, der kan hjælpe yderligere med at nedbryde disse molekyler. Forskerne porede derefter gennem genomet af en Neosporer at finde generne, der er ansvarlige for disse evner

Lee Lynd , en miljøingeniør hos Dartmouth, siger, at konceptet med at konstruere sukkergærende mikrober, så de også producerer enzymer, betragtes bredt som den mest lovende tilgang til at omdanne celluloseholdige materialer til ethanol. Mange forskere arbejder på at konsolidere ethanolprocestrin, siger han, og nogle har opnået bedre resultater i nogle dele af processen. Men Lynd siger, at det er første gang, så vidt han ved, at nogen har klonet disse transportører.

Disse fremskridt er relevante, demonstrerer i princippet løftet om ingeniørmikrober til forbedret biomassebehandling og kan anvendes kommercielt, siger Lynd. Fremskridtene er dog ikke muliggørende i sig selv og repræsenterer et relativt tidligt skridt på en lang vej.

Teknikken behandler ikke meget af den forarbejdning, der er involveret i ethanolproduktion. Ethanolproducenter skal stadig bruge enzymer til at nedbryde cellulosen til et mellemtrin kaldet cellodextrin. Men gæren kan arbejde med dette, i stedet for at vente på, at den bliver nedbrudt helt til glukose, og fjerne trin, der koster tid og penge.

Til deres forskning brugte gruppen en gærstamme, der almindeligvis studeres i laboratorier. Generne skal indsættes i stammer, der er avlet for at modstå kravene fra industriel ethanolproduktion. Forskere ved University of Illinois, en del af Energy Biosciences Institute, der finansierede forskningen, vil arbejde på det. I mellemtiden vil Cate fortsætte med at studere Neospora for at se, om han kan finde en endnu bedre kombination af gener. Vi kommer stadig til at prikke og proppe til Neospora for at se, hvilke andre tricks det kan have for os, siger han.

Der kan gå fem år, før den modificerede gær er klar til brug i et ethanolanlæg i demonstrationsskala, og måske et årti, før ethanol fremstillet på denne måde ender op i gastanke, siger Cate. Forskere vil ikke vide i et stykke tid, hvor meget af et boost i udbyttet den modificerede gær vil producere, før den er prøvet i produktionsmiljøer.

Vi laver en forbedring på 10 til 20 procent, andre virksomheder laver en forbedring på 10 til 20 procent i deres enzymer, og lige pludselig har vi bragt omkostningerne ned, hvor det kan begynde at være konkurrencedygtigt med olie, siger Cate.

skjule