FoodPro Preloader

Bakterier omdannet til biodrivstoffreffinaderier


Bakteriene som er ansvarlige for de fleste tilfeller av matforgiftning i USA, har blitt omgjort til en effektiv biologisk fabrikk for å lage kjemikalier, medisiner og nå brensel. Kjemisk ingeniør Jay Keasling fra University of California, Berkeley, og hans kolleger har manipulert den genetiske koden til Escherichia coli , en vanlig tarmbakteri, slik at den kan tygge sukker av planteavledet materiale for å produsere diesel og andre hydrokarboner, ifølge resultater publisert i den 28 januar utgaven av Nature . (er

Bakteriene som er ansvarlige for de fleste tilfeller av matforgiftning i USA, har blitt omgjort til en effektiv biologisk fabrikk for å lage kjemikalier, medisiner og nå brensel. Kjemisk ingeniør Jay Keasling fra University of California, Berkeley, og hans kolleger har manipulert den genetiske koden til Escherichia coli, en vanlig tarmbakteri, slik at den kan tygge sukker av planteavledet materiale for å produsere diesel og andre hydrokarboner, ifølge resultater publisert i den 28 januar utgaven av Nature . (er en del av Nature Publishing Group.)
"Vi innlemmet gener som gjorde det mulig å produsere biodiesel-estere [organiske forbindelser] av fettsyrer og etanol-direkte, " forklarer Keasling. "Brennstoffet som produseres av E. coli kan brukes direkte som biodiesel. I kontrast skal fett eller oljer fra planter bli esterifisert kjemisk før de kan brukes."
Kanskje enda viktigere, har forskerne også importert gener som tillater E. coli å utsette enzymer som bryter ned det tøffe materialet som utgjør størstedelen av planter-cellulose, spesielt hemicellulose-og produserer sukker som trengs for å drivstoff denne prosessen. "Organismen kan produsere drivstoffet fra en svært billig sukkerforsyning, nemlig cellulosebiomasse, " legger Keasling til.
E. coli utskiller direkte den resulterende biodiesel som deretter flyter til toppen av et fermenteringsfat, slik at det ikke er nødvendig for destillasjon eller andre renseprosesser eller behovet for, som i biodiesel fra alger, å bryte cellen for å få den olje ut.
Denne nye prosessen for å transformere E. coli til et cellulosebiodieselraffinaderi innebærer verktøyene for syntetisk biologi. For eksempel klostret Keasling og hans team gener fra Clostridium stercorarium og Bacteroides ovatus- bakterier som trives i jord og tarmene av plante-spise dyr, henholdsvis - som produserer enzymer som bryter ned cellulose. Teamet la da en ekstra bit av genetisk kode i form av korte aminosyresekvenser som instruerer de endrede E. coli- cellene for å utsette det bakterielle enzymet, som bryter ned plantens cellulose, snu det til sukker; E. coli forvandler i sin tur det sukker til biodiesel.
Prosessen er perfekt for å lage hydrokarboner med minst 12 karbonatomer i dem, alt fra diesel til kjemiske forløpere - og til og med jetbrensel eller petroleum. Men det kan likevel ikke gjøre kortere kjedehydrokarboner som bensin. "Bensin har en tendens til å inneholde kortkjedede hydrokarboner, sier C8, med flere grener, mens diesel og jetbrensel inneholder langkjente hydrokarboner med få grener, " merker Keasling. "Det finnes andre måter å lage bensin på. Vi jobber også med disse teknologiene."
Tross alt brenner USA alene ca 530 milliarder liter bensin i året, sammenlignet med bare 7, 5 milliarder liter biodiesel. Men Keasling har tidligere antatt at bare 40, 5 millioner hektar Miscanthus giganteus- en mer enn tre meter høy asiatisk gress tygget opp av spesielt utviklede mikrober, som E. coli her, kunne produsere nok drivstoff til å møte all amerikansk transport behov. * Det er omtrent en fjerdedel av den nåværende mengden land viet til å høste avlinger i USA
E. coli er den mest sannsynlige kandidaten til slikt arbeid, fordi det er en ekstremt godt studert organisme, samt en hardy en. " E. coli tolererte de genetiske endringene ganske bra, " sier Keasling. "Det var litt overraskende. Fordi alle organismer krever fettsyrer for at deres cellemembran skal overleve, dersom du røver dem av noen fettsyrer, oppdrar de fettsyrebiosyntese for å gjøre opp for utarmingen."
E. coli "vokser raskt, tre ganger raskere enn gjær, 50 ganger raskere enn Mycoplasma, 100 ganger raskere enn de fleste landbruksmikrober, " forklarer genetiker og teknologiutvikler George Church ved Harvard Medical School, som ikke var involvert i denne undersøkelsen. "Det kan overleve i vaskemidler eller bensin som vil drepe mindre skapninger, som oss. Det er ganske enkelt manipulert." Plus, E. coli kan omdannes til en mikrobiell fabrikk for nesten alt som for tiden er produsert, men organisk - fra elektriske ledere til drivstoff. "Hvis det er organisk, så blir det umiddelbart trolig at du kan gjøre det med biologiske systemer."
Tanken i dette tilfellet er å produsere en batch av biodrivstoff fra en enkelt koloni gjennom E. colis naturlige evne til å sprede seg, og etter å ha produsert drivstoffet, avhende E. coli og begynne på nytt med en fersk koloni, ifølge Keasling . "Dette minimerer mutasjoner som kan oppstå hvis man kontinuerlig subcultured mikroben, " sier han. Tanken er også å konstruere den nye organismen, ved å slette viktige metabolske veier, slik at den aldri vil overleve i naturen for å forhindre rømming med utilsiktet miljøpåvirkning, blant annet farer.
Men utenom sine naturlige prosesser er E. coli ikke den mest effektive produsenten av biodrivstoff. "Vi er på omtrent 10 prosent av det teoretiske maksimale utbyttet fra sukker, " forteller Keasling. "Vi vil gjerne være 80-90 prosent for å gjøre dette kommersielt levedyktig. Videre vil vi trenge en stor produksjonsprosess, " som for eksempel 100.000 liter tanker som tillater masseproduksjon av mikrobialstoff.
Likevel arbeider flere selskaper, inkludert LS9, som hjalp med forskningen, samt Gevo og Keasling-grunnlagt Amyris Biotechnologies, jobber med å gjøre drivstoff fra mikrober til virkelighet ved pumpen - ikke bare på ølkranen.
* Erratum (1/28/10): Denne setningen ble redigert etter publisering for å korrigere en målingskonverteringsfeil i antall hektar oppgitt.

I motsetning til Sylvester og Tweety får katter vanligvis sine fugler - opptil 3,7 milliarder av demNy sesong på den røde planetenSpørsmål & Svar: Lawrence Krauss på den største historien noensinne fortaltRing meg på MetaphoneVarmere hav knyttet til østkysten orkanutbruddVenter på reformer kan gi det vitenskapelige fellesskapet lindring fra Storbritannias farliggjørende skadereglerItalias oliventre måtte ikke dø6 Supercool Tech Toy Standouts på 2016 International Toy Fair [Slide Show]