211service.com
Bacteriën maken betere alcoholbrandstoffen
Door het metabolische proces van de gewone E coli bacteriën hebben onderzoekers van de Universiteit van Californië, Los Angeles (UCLA), het micro-organisme overgehaald om bruikbare alcoholen met een lange keten te produceren die potentieel hebben als nieuwe biobrandstoffen. De door bacteriën geproduceerde biobrandstoffen hebben tussen de vijf en acht koolstofatomen, vergeleken met ethanol, dat twee koolstofatomen heeft.
Eiwitboost: Genen die in E. coli-bacteriën worden ingebracht, coderen voor eiwitten (lint- en snaarvormige structuren) die een aminozuurvoorloper (groene en rode molecule) omzetten in alcoholen die als biobrandstof kunnen worden gebruikt.
Het hogere aantal koolstofatomen geeft de biobrandstoffen evenveel energie per gallon als benzine; ter vergelijking: ethanol heeft 30 procent minder energie dan benzine. En in tegenstelling tot ethanol, zijn de nieuwe biobrandstoffen compatibel met de huidige benzine-infrastructuur, zegt James Liao , een UCLA-professor chemische en biomoleculaire engineering, die het onderzoek leidde. Aangezien de alcoholen met lange ketens water niet zo gemakkelijk absorberen als ethanol, zouden ze door het land kunnen worden vervoerd in bestaande petroleumpijpleidingen.
De alcoholen met een langere keten hebben ook een voordeel ten opzichte van butanol, een andere biobrandstof op basis van alcohol, zegt Liao. De alcoholen met een lange keten scheiden zich veel gemakkelijker van water af dan butanol, zodat ze geen energie-intensieve destillatie nodig hebben. Veel bedrijven, waaronder DuPont en BP, proberen een proces te commercialiseren om de vierkoolstofalcoholbutanol te maken met behulp van microben. Liao's groep heeft ook bugs ontwikkeld die butanol maken, en de technologie ervan is in licentie gegeven door Pasadena, CA, startup Gevo.
Liao en zijn collega's gebruiken synthetisch-biologische hulpmiddelen om te sleutelen aan het aminozuurmetabolisme van E coli . Alle organismen produceren een groot aantal aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. De onderzoekers herontwikkelen deze metabole route zodat tegen het einde de voorloperverbindingen die normaal gesproken zouden worden omgezet in aminozuren, in plaats daarvan veranderen in alcoholen met een lange keten.
Om dit te doen, voegen de onderzoekers genen in de bacteriën in waardoor ze onnatuurlijk lange aminozuurprecursormoleculen produceren met meer dan zes koolstofatomen. Ze manipuleren ook twee genen - één van een soort gist, één van een kaasmakende bacterie - in de microbe. Deze gemodificeerde genen produceren twee nieuwe eiwitten die de voorlopers kunnen omzetten in alcoholen met vijf tot acht koolstofatomen.
Startups LS9 en Amyris Biotechnologies zijn al bezig met het herontwerpen van microben om koolwaterstofbrandstoffen te produceren. Beiden zijn van plan om tegen 2010 met de commerciële productie van hun brandstoffen te beginnen.
Zoals het geval is met het nieuwe werk, gebruiken zowel LS9 als Amyris synthetische biologie, waarbij ze de metabole systemen van microben opnieuw bedraden door genen van andere organismen in te voegen, bekende genen opnieuw te ontwerpen en de expressies van eiwitten te veranderen. Maar de benaderingen van Liao, LS9 en Amyris zijn allemaal gericht op een ander type metabolische route. LS9-onderzoekers hebben het vetzuurmetabolisme van E coli , terwijl Amyris sleutelt aan de routes die natuurlijke verbindingen produceren die bekend staan als isoprenoïden .
Liao zegt dat de aminozuurroute een klein voordeel zou kunnen hebben. Het is van nature actiever in bacteriën, dus ermee spelen kan productiever zijn. We denken dat dit intrinsiek een efficiëntere manier is om deze verbindingen te maken, zegt hij. Dus mogelijk hebben we een hogere opbrengst.
De nieuwe lange-keten alcoholbrandstof heeft volgens Liao de interesse gewekt van bedrijven. Maar er is nog een lange weg te gaan. Een grote uitdaging die moet worden overwonnen, is misschien de toxiciteit van de lange-keten alcoholen voor de bacteriën, zegt Chris Somerville , directeur van het Energy Biosciences Institute aan de University of California, Berkeley. Ethanol is dodelijk voor microben bij een concentratie van ongeveer 14 procent. Butanol is nog giftiger en doodt microben bij een concentratie van ongeveer 2 procent. Deze toxiciteit is een van de grootste problemen waarmee butanolprocessen worden geconfronteerd. Het maken van een product dat relatief niet-toxisch is voor de cultuur, zegt Somerville, is erg belangrijk om de opbrengst te verhogen.
Liao denkt niet dat toxiciteit een showstopper zal zijn. Hij zegt dat de bacteriën kunnen worden ontwikkeld om ze meer alcoholtolerant te maken. Maar, zegt hij, het verhogen van de opbrengst zal in handen zijn van het bedrijf dat de nieuwe technologie in licentie geeft.