Baktériumok gyárthatják az üzemanyagot a jövőben

A kísérletben szereplő baktériumokat genetikailag úgy módosították, hogy egy négy enzimből álló biokémiai eszközkészletet termeljenek

A szorgos bacik cukorból zsírsavakat állítanak elő, onnan pedig már csak egy kémiai ugrás az üzemanyag. Mivel a cukor fotoszintézisből származik, ami a szenet a légkörből köti meg, a folyamat karbonsemleges.

A cukrot a benzinben található szénhidrogénekké varázsolni: ez kicsit úgy hangzik, mint valami modern kori alkímia. Pedig a University of Buffalo (UB) és a University of California, Berkeley (UC Berkeley) kutatói pontosan ennek találták meg a módját. A Nature Chemistry legutóbbi számában megjelent tanulmány bemutatja, hogyan lehet a biológia és a kémia csodáit egyaránt kiaknázva a szőlőcukrot olefinekké – a benzint is alkotó szénhidrogének egyik családjává – alakítani.

A felfedezés nagy előrelépést jelent a fenntartható bioüzemanyagok gyártása felé.

Az olefinek csak kis hányadát teszik ki az ásványolajból származó valódi benzinnek, ám a csoport által kidolgozott folyamatot valószínűleg lehet majd úgy finomhangolni, hogy más típusú, a benzint nagyobb arányban alkotó szénhidrogéneket is termeljen – vélekedik Zhen Q. Wang, a UB biokémikusa. A kutatónő hozzáteszi: az olefineknek egyébként számos más ipari alkalmazása is lehetséges, például kenőanyagnak és műanyaggyártási alapanyagnak is felhasználhatók.

A kutatók egy emberi egészségre ártalmatlan Escherichia coli baktériumtörzset szőlőcukorral kezdtek etetni.

Ezek a mikrobák olyan édesszájúak, hogy rosszabbak, mint egy gyerek"

– tréfálkozik Wang. A kísérletben szereplő baktériumokat genetikailag úgy módosították, hogy egy négy enzimből álló biokémiai eszközkészletet termeljenek. Az enzimek a génszerkesztett bacikban a glükóz egy részét a 3-hidroxizsírsavaknak nevezett vegyületekké alakítják, így ahogy a baktériumok glükózt kapnak, a zsírsavakat is elkezdik termelni. A reakció két fő terméke a 8 szénatomos 2-hidroxioktánsav, illetve a 10 szénatomos 3-hidroxidekánsav.

A kísérletben szereplő baktériumokat genetikailag úgy módosították, hogy egy négy enzimből álló biokémiai eszközkészletet termeljenek Forrás: Douglas Levere / University at Buffalo

Hogy teljessé tegyék az átalakulást, a tudósok a zsírsavakról nióbium-pentoxid (Nb2O5) katalizátor segítségével lenyesték a szükségtelen részeket, hogy végül olefinekhez jussanak. A 3-hidroxizsírsavból oly módon lesz csak szenet és hidrogént tartalmazó olefin, hogy a savjelleget okozó karboxilcsoport széndioxid formájában távozik, a hidroxilcsoport pedig kilépő vízként hagyja el a molekulát. Az enzimeket és a katalizátort a próba-szerencse módszerével azonosították, végigpróbálgatva jó sok molekulát, amelyek elvben alkalmasnak tűntek a feladatra.

Összehoztuk azt, amit a biológia tud a legjobban, azzal, amit a kémia tud a legjobban, így jutottunk ehhez a kétlépcsős folyamathoz

– magyarázza Wang, aki a UB Művészeti és Tudományos Kollégiumának biológiatudományi tanársegédje. –

A módszer révén közvetlenül glükózból tudunk olefineket előállítani."

„Azzal, hogy megújuló erőforrásokból, például glükózból gyártunk bioüzemanyagot, jelentősen előmozdítjuk a zöld energiatechnológia ügyét – emelte ki Wang. – A glükózt növények állítják elő fotoszintézis útján, melynek során a fény energiáját felhasználva széndioxidból és vízből cukrot készítenek. Így aztán annak a szénnek, ami előbb a cukorban, aztán az olefinekben megjelenik, végső soron a légkörből kivont szén-dioxid az eredete."

Különféle E. coli baktériumok Forrás: Wikimedia Commons

Ahhoz azonban, hogy az új módszer nyújtotta előnyöket felmérhessük, és megítélhessük, hogy az eljárás hatékonyan felskálázható-e bioüzemanyaggyártás vagy más ipari folyamat céljaira, még további kutatásra van szükség.

Az első tisztázandó dolog az, hogy az olefinek előállítása pontosan mennyi energiát igényel; ha túl sokat, a technológia optimalizálásra szorul ahhoz, hogy ipari léptékben is praktikus legyen.

A tudósokat a kinyerés javítása is erősen foglalkoztatja. Jelenleg 100 glükózmolekulából mindössze nagyjából 8 olefin-molekulát állít elő a folyamat. Másként fogalmazva ez azt jelenti, hogy a baktériumkultúra literenként 4.3 gramm zsírsavat állít elő a glükózból, s ennek 86 százaléka 3-hidroxioktánsav és 3-hidroxidekánsav formájában jelenik meg. Wang szeretne javítani ezen a hatékonyságon:

valahogy rákényszerítené az E. coli-t, hogy minden elfogyasztott grammnyi glükózból a mostaninál nagyobb arányban termeljen 3-hidroxizsírsavakat.