Bakterie produkujące odnawialną benzynę

Międzynarodowy zespół bioinżynierów wymusił na bakterii produkcję izopentenolu. Związek ten posiada właściwości benzyny. Odkrycie to pozwoli na opracowanie szczepów bakteryjnych zdolnych do produkcji przemysłowych ilości odnawialnej benzyny. Badania zespołu opublikowano w mBio®, czasopiśmie należącym do American Society for Microbiology.

Bakterie produkujące odnawialną benzynę

Prawa autorskie: Berkeley Lab – Roy Kaltschmidt

Rys.1 Aindrila Mukhopadhyay i Heather Jansen przy pracy nad biodnawialną benzyna.

Liczne zespoły naukowców opracowały poszczególne etapy metabolicznej produkcji rozpuszczalników. Pozwoliło to na uzyskanie alkoholi o krótkim łańcuchu, takich jak izopentenol, w warunkach laboratoryjnych z bakterii Escherichia coli. Głównym autorem badań jest Aindrila Mukhopadhyay, dyrektor Joint BioEnergy Institute w Emeryville.

„Biopaliwa są jednym z głównych alternatywnych rozwiązań energetycznych, które natychmiast mogą być zaadaptowane do naszych potrzeb,” stwierdza.

Paliwo takie w odpowiednich proporcjach możemy dodać do obecnie stosowanych mieszanek paliwowych. Pozwoli to na obniżenie udziału paliw kopalnych w benzynie. Przyczyni się to również do zredukowania emisji dwutlenku węgla.

Jednak produkcja izopentenolu jest wciąż daleka od ideału. Wytwarzanie związków o charakterze rozpuszczalników przez bakterie prowadzi do zahamowania wzrostu i rozwoju tych mikroorganizmów. „Obecnie staramy się zaprojektować bakterię, która będzie wykazywać dużą tolerancję na obecność rozpuszczalników organicznych,” mówi Mukhopadhyay.

Zwiększenie bakteryjnej tolerancji na takie związki jest niezwykle ważne. Umożliwi to bowiem produkcję odnawialnej benzyny w ilościach przemysłowych. Produkcja w skali przemysłowej wymaga silnego szczepu bakteryjnego. Musi być on stabilny przez dłuższy okres czasu oraz odporny na działanie powstających rozpuszczalników.

Naukowcy w tym celu użyli szczepu E. coli nie wytwarzającego izopentenolu. Następnie dodawali związek do kultury bakteryjnej. Dodany rozpuszczalnik stawał się czynnikiem stresowym dla bakterii. E. coli była w stanie odpowiedzieć na ten niekorzystny dla niej bodziec. Na podstawie tych informacji zespół przeanalizował geny, które zostały włączone. Dokonano tego sprawdzając RNA transkryptów obecnych na terenie całego genomu.

Badacze wybrali 40 genów, które zostały uruchomione w odpowiedzi na izopentenol. Pozwoliło to bakteriom złagodzić toksyczność rozpuszczalnika. Następnie sprawdzono poziom nadekspresji w celu określenia, które geny są w stanie zwiększyć wydajność produkcji izopentenolu przy jednoczesnej poprawie wzrostu komórek bakteryjnych.

Udało się wybrać dwa konkretne geny. Pierwszy z nich to MetR. Był on w stanie zwiększyć produkcję izopentenolu aż o 55 %. Drugi gen to MdlB. Koduje informacje o specyficznym białku transportującym. Poprawiał on efektywność uzyskiwania izopentenolu o około 12 %. Gdy zwiększono poziom białka MdlB w komórce, uzyskano wzrost produkcji do 60 % w stosunku do pierwotnego szczepu.

„Zlokalizowane przez nas białko transportowe może mieć bardzo szerokie zastosowanie. Pozwoli na eksport powstałego produktu poza komórkę,” stwierdza Mukhopadhyay. Wydzielenie odpowiedniej ilości izopentenolu poza komórkę pozwoli na zmniejszenie wpływu związku na mikroorganizm.

Dodatkową korzyścią białka MdlB jest możliwość jego wykorzystania do doświadczeń ewolucyjnych. Pozwoli to zwiększyć wydajność i poprawić specyficzność białka transportującego izopentenol.

Odkrycie to może w przyszłości doprowadzić do opracowania szczepów zdolnych do produkcji odnawialnej benzyny bezpośrednio na stacjach benzynowych.

  1. L. Foo, H. M. Jensen, R. H. Dahl, K. George, J. D. Keasling, T. S. Lee, S. Leong, A. Mukhopadhyay.Improving Microbial Biogasoline Production in Escherichia coli Using Tolerance Engineering. mBio, 2014; 5 (6): e01932-14 DOI: 10.1128/mBio.01932-14
  2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141105122058.htm

Opracował: Karol Madejczyk

Korekta: Maciej Bielak-Wolanin

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*