Inžinerinės mielės gali padidinti biokuro gamybą

MIT tyrėjai rado būdą, kaip pasiekti didelį etanolio kiekį naudojant įvairius celiuliozės maisto produktus, tokius kaip žolė, kviečių šiaudai ir kukurūzai. Kreditas: „MIT News“ su vaizdais iš „iStockphoto“

Padarydami mikrobus tolerantiškesnius toksiškiems šalutiniams produktams, mokslininkai parodė, kad jie gali naudoti daugiau maisto produktų nei kukurūzai.

Biokuro, pvz., Etanolio, gamybos skatinimas gali būti svarbus žingsnis mažinant iškastinio kuro vartojimą pasaulyje. Tačiau etanolio gamybą daugiausia riboja priklausomybė nuo meno, nes jis neauga dideliais kiekiais, kad sudarytų didelę dalį JAV degalų poreikio.

MIT inžinierių komanda, bandydama išplėsti galimą biodegalų poveikį, rado būdą išplėsti platesnio ne maisto produktų asortimento naudojimą šiems degalams gaminti. Šiuo metu mažai tikėtina, kad tokie maisto produktai kaip šiaudai ir sumedėję augalai bus naudojami biokurui gaminti, nes juos pirmiausia reikia paskirstyti fermentuojamiems cukrams – šis procesas išskiria daug šalutinių produktų, kurie yra toksiški mielėms – mikrobams, dažniausiai naudojamiems biokurui gaminti. .

MIT tyrėjai sukūrė būdą užkirsti kelią toksiškumui ir buvo įmanoma panaudoti šiuos daug gausesnius šaltinius biokurui gaminti. Be to, jie parodė, kad šią toleranciją galima pritaikyti mielių padermėms, naudojamoms gaminant kitas chemines medžiagas, todėl augalų celiuliozės ląstelių medžiagą galima naudoti kaip biodyzelino ar bioplastiko šaltinį.

„Tai, ką iš tikrųjų norime padaryti, yra atverti celiuliozės maistą beveik bet kokiam produktui ir pasinaudoti celiuliozės siūloma gausa“, – sako MIT tyrimų asociacija ir naujojo tyrimo autorė Felixas Lame’as.

Pagrindiniai straipsnio autoriai yra Willardo Henry Dowo chemijos inžinerijos profesorius Gregory Stephanopoulos ir Whiteheado instituto biomedicininių tyrimų profesorė Margaret ir Herman Sokol bei Amerikos vėžio draugijos genetikos profesorius MIT Biologijos katedra Geraldas Finkas. Paskelbta 2021 m. Birželio 25 d Mokslo pažanga.

Skatinkite toleranciją

Šiandien 40% JAV kukurūzų derliaus tenka etanoliui. Kukurūzai daugiausia yra maisto pasėliai, kuriems reikia daug vandens ir trąšų, todėl augalinė medžiaga, vadinama celiuliozine biomase, laikoma nekonkurencingu atsinaujinančių degalų ir chemikalų šaltiniu. JAV energetikos departamento duomenimis, ši biomasė su daugybe šiaudų rūšių ir kukurūzų augalų dalimis, kurios paprastai nenaudojamos per metus, per metus gali sutalpinti daugiau nei milijardą tonų medžiagos, pakanka pakeisti 30–50. transportavimui sunaudotos naftos procentas.

Tačiau dvi pagrindinės celiuliozės biomasės naudojimo kliūtys yra šios: celiuliozė pirmiausia turi būti išskirta iš sumedėjusio lignino, o vėliau celiuliozė turi būti suskaidyta į paprastus cukrus, kuriuos gali naudoti mielės. Dėl ypač agresyvaus išankstinio apdorojimo susidaro junginiai, vadinami aldehidais, kurie yra labai reaktyvūs ir gali sunaikinti mielių ląsteles.

Norėdami tai įveikti, MIT komanda naudojo prieš kelerius metus sukurtą metodą, kad pagerintų mielių ląstelių toleranciją įvairiausiems alkoholiams, kurie dideliais kiekiais taip pat yra toksiški mielėms. Šiame tyrime jie parodė, kad pakabinus bioreaktorių su specifiniais junginiais, kurie stiprina mielių membraną, mielės gali ilgai išsilaikyti esant didelėms etanolio koncentracijoms. Taikydami šį metodą, jie sugebėjo pagerinti įprasto kuro etanolio derlių iš didelio derlingumo mielių padermės maždaug 80 procentų.

Naujame tyrime mokslininkai sukūrė mieles celiuliozės aldehidams paversti alkoholiu, naudodamiesi jau sukurta alkoholio toleravimo strategija. Jie išbandė keletą natūralių fermentų, kurie vykdo šią reakciją, iš skirtingų mielių rūšių, ir nustatė, kuris veikia geriausiai. Tada jie naudojo tiesioginę evoliuciją, kad toliau tobulėtų.

„Šis fermentas paverčia aldehidus alkoholiu, ir mes įrodėme, kad mielės gali būti daug tolerantiškesnės alkoholiui nei aldehidai, naudojant kitus mūsų sukurtus metodus“, – sako Stephanopoulos.

Mielės paprastai nėra labai veiksmingos gaminant etanolį iš toksinių celiuliozės žaliavų; Tačiau kai mokslininkai išreiškė šį didelio efektyvumo fermentą ir prijungė reaktorių su membraną stiprinančiais priedais, stresas trigubai padidino celiuliozės etanolio gamybą, kol pasiekė lygį, atitinkantį tradicinį kukurūzų etanolį.

Daug pašarų

Tyrėjai parodė, kad didelius etanolio kiekius galima pasiekti naudojant penkis skirtingus celiuliozės maisto produktus, įskaitant žolę, kviečių šiaudus ir kukurūzus (lapai, stiebai ir žievė, likę nuėmus kukurūzus).

„Turėdami mūsų inžinerijos padermę, galite gauti maksimalią celiuliozės fermentaciją iš tų maisto produktų, kurie paprastai yra labai toksiški“, – sako Lamas. “Puikiausia tai, kad nesvarbu, ar jūsų kukurūzų likučiai sezonui nėra tokie puikūs. Galite pereiti prie energijos šiaudų arba, jei šiaudų nėra daug, galite pereiti prie kai kurių medienos medienos atliekų ir kažkokių “.

Mokslininkai taip pat sukūrė fermentą aldehido etanolį mielių padermėje, kurią gamina pieno rūgštis, bioplastikų pirmtakas. Kaip ir naudojant etanolį, iš šio celiuliozės iš celiuliozės medžiagų gaunama tokia pati pieno rūgšties išeiga kaip ir kukurūzų.

Šis demonstravimas rodo, kad aldehidų tolerancija gali būti įmanoma mielių padermėse, kurios gamina kitus inžinerinius produktus, pavyzdžiui, dyzeliną. Biodyzelinas gali turėti didelę įtaką tokioms pramonės šakoms kaip sunkiasvoriai sunkvežimiai, laivyba ar orlaiviai, kurie neturi jokių išmetamųjų teršalų neturinčių alternatyvų, tokių kaip elektra, ir reikalauja daug iškastinio kuro.

„Dabar mes turime tolerancijos modulį, kurį galima priveržti beveik prie bet kokių gamybos priemonių“, – sako Stephanopoulos. „Mūsų tikslas yra išplėsti šią technologiją ir kitiems organizmams, kurie yra tinkamesni šiam sunkiajam kurui gaminti, pavyzdžiui, alyvoms, dyzelinui ir lėktuvų kurui.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie šį tyrimą, skaitykite genetiškai modifikuotas mieles, kad biokuras būtų efektyvus iš neįtrauktų augalų medžiagų.

Nuoroda: 2021 m. Birželio 25 d. Pagamino „Felix Engine Lam“, „Burcu Turanli-Yildiz“, Dany Liukas, Michaelas G. Reshas, ​​Geraldas R. Finkas ir Gregory Stephanopoulosas. „Mielių tolerancijos inžinierius leidžia efektyviai gaminti toksiškas lignoceliuliozines žaliavas“. Mokslo pažanga.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf7613

Tyrimą finansavo JAV Energetikos departamentas ir Nacionaliniai sveikatos institutai.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nuodingos kempinės apsaugo nuodingus paukščius ir varles nuo savo toksinų

Auksinė nuodų varlė, Phyllobates terribilis. Kreditas: Chris Wellner, Smithsonian nacionalinis zoologijos sodas Kalifornijos universiteto, San Francisko (UCSF), Stanfordo universiteto ir Kalifornijos mokslų akademijos (CAS)...

Didelė pažanga švarios energijos kuro elementų reakcijų srityje

Žinant geležies atomų tankį ir vietos dinamiką, pasiekiamas efektyvumo lygis kuro elementų oksidacijos reakcijoje, kuri niekada nebuvo realizuota. Kreditas: Teksaso universitetas Austine /...

Astronomai atranda mažytę uolėtą planetą – tik pusę Veneros masės

Šis grafinis simbolis rodo L 98-59b, vieną iš L 98-59 35 šviesmečių sistemos planetų. Sistemoje yra keturios patvirtintos uolienų planetos, kurios gali atsirasti...

Du antihipertenziniai vaistai apsaugo nuo tos pačios širdies ligos, bet skirtingo šalutinio poveikio

Analizuojant beveik 3 milijonus pacientų, vartojusių pirmuosius kraujospūdį mažinančius vaistus, angiotenzino receptorių blokatoriai (ARB) buvo tokie pat geri kaip ir angiotenziną konvertuojančių fermentų (AKF)...

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

Newsletter

Subscribe to stay updated.