211service.com
Genen om koolwaterstofbrandstoffen te maken
Veel soorten maken van nature kleine hoeveelheden koolwaterstoffen aan. Nu onderzoekers bij de startup LS9 , gevestigd in South San Francisco, CA, hebben de genen en enzymen beschreven die verantwoordelijk zijn voor deze productie van alkanen, de belangrijkste componenten van brandstoffen zoals diesel. De bevindingen, gerapporteerd in het huidige nummer van het tijdschrift Wetenschap , hebben de onderzoekers in staat gesteld om te engineeren E coli bacteriën die alkaankoolwaterstoffen kunnen afscheiden die in dieselmotoren kunnen worden verbrand.
Brandstof gen: De hier afgebeelde cyanobacteriën produceren van nature koolwaterstoffen die als brandstof in dieselmotoren kunnen worden gebruikt. Onderzoekers van LS9 hebben nu de genen geïdentificeerd die verantwoordelijk zijn.
LS9 had eerder gemeld dat ze bacteriën gebruikten om koolwaterstofbrandstof te produceren, maar dit is de eerste keer dat de onderzoekers hebben onthuld hoe ze het hebben gedaan. Dit is de eerste karakterisering van deze enzymen. Er was vrijwel niets bekend over welke enzymen verantwoordelijk waren en hoe ze dat doen, zegt Frances Arnold , een professor in chemische technologie, bio-engineering en biochemie aan Caltech. Arnold was niet betrokken bij het LS9-werk. De ontdekking opent een hele reeks nieuwe mogelijkheden, zegt ze. Deze reacties zijn erg interessant. De natuur heeft er een paar versies van gemaakt. Nu kunnen we in het laboratorium nog veel meer versies maken, zodat je fantasie de vrije loop kan gaan. Alle commerciële toepassingen die Arnold en anderen ontdekken, vereisen echter waarschijnlijk een licentieovereenkomst met LS9, dat een patent heeft aangevraagd voor de ontdekking ervan.
De LS9-onderzoekers ontdekten de betrokken genen door de genomen te vergelijken van 10 stammen van cyanobacteriën (ook wel blauwgroene algen genoemd) die van nature alkanen produceren met een zeer vergelijkbare stam die geen alkanen produceert. Ze identificeerden 20 genen die de alkaanproducerende stammen hadden, maar die de niet-alkaanproducerende stam miste. Van daaruit beperkten de onderzoekers de mogelijkheden totdat ze de genen en enzymen identificeerden die nodig zijn voor de productie van alkaan. Ze bevestigden hun ontdekking door de genen op te nemen in E coli en het meten van de alkanen die de bacteriën vervolgens maakten. De bacteriën scheiden de alkanen af, die vervolgens gemakkelijk kunnen worden verzameld en als brandstof kunnen worden gebruikt.
Organismen maken alkanen via een complex proces dat vetzuren produceert uit kooldioxide of suikers. De vetzuren worden vervolgens door de organismen omgezet in een aldehyde dat een koolstofatoom bevat dat is gebonden aan een zuurstofatoom (samen creëren ze een zogenaamde carbonylgroep). Het enzym aldehydedecarbonylase helpt deze groep te verwijderen om een keten van waterstof- en koolstofatomen te vormen, de koolwaterstof. Het natuurlijke proces levert een verzameling koolwaterstoffen op van verschillende lengtes die vergelijkbaar zijn met de koolwaterstofmoleculen in diesel.
Verschillende onderzoeksgroepen aan universiteiten en bedrijven hebben gezocht naar manieren om hernieuwbare brandstoffen te maken die vergelijkbaar zijn met op aardolie gebaseerde benzine, diesel en vliegtuigbrandstof voor gebruik in bestaande voertuigen. Dergelijke brandstoffen zouden veelzijdiger zijn dan ethanol, dat niet in hoge concentraties in gewone motoren kan worden gebruikt. De LS9-ontdekking is een stimulans voor deze inspanning.
Maar er is nog werk aan de winkel voordat de genen commerciële hoeveelheden brandstof kunnen maken tegen prijzen die kunnen concurreren met fossiele brandstoffen. Dit is nog lang niet de beschrijving van een commercieel levensvatbaar proces voor het maken van alkanen, zegt Arnold. Brandstof moet spotgoedkoop zijn. Het is niet duidelijk of we het via deze route ooit goedkoop en gemakkelijk gaan maken. Een fundamentele uitdaging is het opschalen van het proces. Het komt allemaal neer op of je genoeg koolstof door dat pad kunt sturen om op industriële niveaus te komen, zegt ze.
LS9 is genetisch gemanipuleerd E coli om het proces te optimaliseren waarmee de bacteriën suiker in brandstof omzetten. De E. coli voedt zich bijvoorbeeld van nature met enkele van de vetzuren die hij produceert, in plaats van ze te gebruiken als grondstof voor de productie van alkanen. LS9 verandert de bacteriën zodat ze de vetzuren niet eten, wat helpt de brandstofopbrengst te verhogen, zegt Andreas Schirmer, associate director van metabolic engineering van LS9.
De eerste brandstof die het bedrijf op de markt brengt, zal waarschijnlijk geen koolwaterstof zijn. Vier jaar geleden begon het bedrijf met de ontwikkeling van een brandstof op basis van vetzuuresters waarvan het zegt dat het zou kunnen dienen als vervanging voor dieselbrandstof, en dichter bij de markt staat dan de koolwaterstofbrandstof die het twee jaar geleden begon te ontwikkelen toen het voor het eerst de alkaangenen en enzymen identificeerde. .