В бизнесе биологических топлив идея преобразовать непродовольственные растения в топливо походит на мираж: соблазн, но по-видимому просто вне досягаемости. Чтобы сделать это, промышленность должна добавить коктейль дорогих ферментов для разрушения растений в сахар, который микроорганизмы могут легко преобразовать в химических предшественников для бензина, дизеля и реактивного топлива. Теперь исследователи использовали генную инженерию для преодоления этих проблем. Если метод может быть улучшен далее, несельскохозяйственные растения могли бы использоваться для создания всего наиболее распространенного топлива транспортировки.
Большинство производителей биологического топлива сегодня использует микроорганизмы для синтезирования этанола или от кукурузного крахмала или от сахара, произведенного из сахарного тростника. Это поставило широко распространенные вопросы по продовольственной безопасности, потому что зерно и сахарный тростник, выращенный для этанола, конкурируют с ценным сельскохозяйственным угодьем, должен был накормить 7 миллиардов человек планеты.
Пивовары биологического топлива предпочли бы преобразовывать или сельскохозяйственные отходы или другие непродовольственные растения, такие как деревья и травы, к топливу. Сахар и кукурузный крахмал легко ферментировать и преобразовать в этанол. Но непродовольственные растения, или «целлюлозная биомасса», более сложны.
Целлюлозная биомасса содержит смесь подобного цепочке сахара, названного клетчаткой и гемицеллюлозой, включенными в деревянистый материал, названный лигнином. Для преобразования клетчатки и гемицеллюлозы к топливу исследователи должны сначала разломать их на отдельный сахар, который могут съесть микроорганизмы. Это обычно делается путем добавления коктейля шести ферментов к раствору, содержащему растения. Но пивоварение тех ферментов и очищение их являются дорогими.
Это, как правило, стоит приблизительно 25 центов за литр заключительного топлива.Для обхождения этой проблемы исследователи вставили гены для этих ферментов в делающих биологическое топливо жуков. В 2009, например, исследователи в Mascoma, компания биологических топлив в Ливане, Нью-Гэмпшире, вставила несколько таких ферментов в два различных микроорганизма, уже способные к преобразованию простого сахара к этанолу.
Добавленные гены позволили жукам жить на клетчатке, ломая его и преобразовав его в этанол, технология, которую теперь коммерциализирует компания. Но в большинстве стран, этанол не является первичным топливом транспортировки.
Так бригада во главе с Джеем Кислингом, биоинженером в Суставе Институт BioEnergy в Эмеривилле, Калифорния, работал для распространения стратегии сделать более обычно используемое топливо. Они использовали кишечную палочку, бактерию, в которую относительно легко вставить новые гены.
Они начали путем создания двух напряжений E. coli, вставки генов для разрушения клетчатки в одной и генах для разрушения гемицеллюлозы в другом. Они тогда разделяют каждое из этих двух напряжений в три группы, и каждой группе добавил гены для одного из трех различных метаболических путей, позволяющих микроорганизмам делать химических предшественников или для бензина, дизеля или для реактивного топлива.После рассмотрения общего растения целлюлозного биотоплива назвал switchgrass с составом известным как ионная жидкость (IL) ломать обособленно растительные волокна и уменьшить лигнин, исследователи добавили свой спроектированный E. coli.
И в предстоящей проблеме Продолжений Национальной академии наук, бригада сообщила, что их E. coli мог вырасти на IL-treated switchgrass и генерировать все три топлива.«Это – важное доказательство понятия», говорит Брюс Дэйл, инженер-химик в Университете штата Мичиган в Ист-Лэнзинге.
Однако он спешит добавлять, что работа является «длинным путем от того, чтобы быть любым видом коммерческого процесса». На данный момент жуки все еще производят только приблизительно одну десятую ферментов, они должны ломать клетчатку и гемицеллюлозу, и сумма топлива, которое они генерируют, является низкой. Кислинг говорит, что его бригада попытается улучшить оба из тех выпусков техническими подобными генами в дрожжи, более промышленно полезный микроорганизм.
Если это работает, истинное обещание биологических топлив может наконец прибыть в пределах досягаемости.