Научниците покажаа нова технологија во која биоинженерните бактерии можат да направат економични хемикалии/полимери од обновливи извори растенијата извори
лигнин е материјал кој е составен на клеточниот ѕид на сите суви растенија. Тој е вториот најзастапен природен полимер по целулозата. Овој материјал е единствениот полимер пронајден во растенијата кој не е составен од јаглени хидрати (шеќер) мономери. Биополимерите на лигноцелулозата обезбедуваат форма, стабилност, сила и цврстина на растенијата. Биополимерите на лигноцелулозата се состојат од три главни компоненти: целулозата и хемицелулозата формираат рамка во која лигнинот е инкорпориран како еден вид конектор со што се зацврстува клеточниот ѕид. Лигнификацијата на клеточниот ѕид ги прави растенијата отпорни на ветер и штетници и им помага да гниеат. Лигнинот е огромен, но многу недоволно искористен обновлив извор на енергија. Лигнинот кој претставува до 30 проценти од лигноцелулозната биомаса е неискористено богатство - барем од хемиска гледна точка. Хемиската индустрија најмногу зависи од јаглеродните соединенија за создавање на различни производи како боја, вештачки влакна, ѓубрива и што е најважно пластика. Оваа индустрија користи некои обновливи ресурси како растително масло, скроб, целулоза итн, но ова сочинува само 13 проценти од сите соединенија.
Лигнин, ветувачка алтернатива на нафтата за производство на производи
Всушност, лигнинот е единствениот и единствен извор на обновливи извори на земјата кој содржи голем број на ароматични соединенија. Ова е важно бидејќи ароматичните соединенија генерално се извлекуваат од необновливиот извор на нафта и потоа се користат за производство на пластика, бои итн. Така, потенцијалот на лигнинот е многу висок. Во споредба со нафтата која е необновливо фосилно гориво, лигноцелулозите се добиени од дрво, слама или Miscanthus кои се обновливи извори. Лигнинот може да се одгледува на полиња и шуми и генерално е неутрален кон климата. Лигноцелулозите се сметаат како сериозна алтернатива на нафтата во изминатите неколку децении. Нафтата ја движи хемиската индустрија во моментов. Нафтата е суровина за многу основни хемикалии кои потоа се користат за производство на корисни производи. Но, нафтата е необновлив извор и се намалува, затоа треба да се фокусираме на изнаоѓање обновливи извори. Ова го внесува лигнинот на сликата бидејќи се чини дека е многу ветувачка алтернатива.
Лигнинот е полн со висока енергија, но враќањето на оваа енергија е комплицирано и скап процес, па дури и генерираното биогориво како краен резултат е генерално многу висок по цена и не може економски да ја замени „транспортната енергија“ што моментално се користи. Многу пристапи се истражени за развивање на ефективни начини за разградување на лигнинот и негово претворање во вредни хемикалии. Сепак, неколку ограничувања ја ограничија конверзијата на растителна материја на допир, како што е лигнинот, да се користи како алтернативен извор на енергија или дури се обиде да ја направи поекономична. Една неодамнешна студија успешно ги инженери бактериите (E. Coli) да дејствуваат како ефикасна и продуктивна фабрика за биоконверзија на клетки. Бактерии растат и се повеќекратни многу брзо и тие се способни да издржат сурови индустриски процеси. Оваа информација беше комбинирана со разбирањето на природно достапните разградувачи на лигнин. Делото е објавено во Зборник на трудови на Националната академија на науките на САД.
Тимот истражувачи предводен од д-р Сема Синг во националните лаборатории Сандија реши три главни проблеми што се среќаваат при претворањето на лигнинот во хемикалии на платформа. Првата голема пречка е тоа бактерии E.Coli генерално не произведува ензими кои се потребни за конверзија. Научниците имаат тенденција да го решат овој проблем на создавање ензими со додавање на „индуктор“ на прстенот за ферментација. Овие индуктори се ефективни, но се многу скапи и затоа не се вклопуваат добро во концептот на биорафинерии. Истражувачите го испробаа концептот во кој соединение добиено од лигнин како ванила се користи како супстрат, како и како индуктор со инженерство на бактерии Ешерихија коли. Ова ќе ја заобиколи потребата за скап индуктор. Иако, како што откри групата, ванилата не беше добар избор особено затоа што штом лигнинот ќе се распадне, ванилата се произведува во големи количини и почнува да ја инхибира функцијата на E.Coli, односно ванилата почнува да создава токсичност. Но, ова функционираше во нивна корист кога тие го дизајнираа бактерии. Во новото сценарио, самата хемикалија која е токсична за E.Coli се користи за да се започне сложениот процес на „валоризација на лигнинот“. Откако ванилата е присутна, таа ги активира ензимите и бактериите почнуваат да го претвораат ванилинот во катехол, што е посакуваната хемикалија. Исто така, количината на ванилин никогаш не го достигнува токсичното ниво бидејќи се авторегулира во сегашниот систем. Третиот и последен проблем беше во ефикасноста. Системот на конверзија беше бавен и пасивен, така што истражувачите погледнаа во поефикасни транспортери од други бактерии и ги конструираа во E. Coli кој потоа брзо го следеше процесот. Надминувањето на проблемите со токсичноста и ефикасноста со вакви иновативни решенија може да помогне производството на биогориво да стане поекономичен процес. А, отстранувањето на надворешен индуктор заедно со вградувањето на авто-регулација може дополнително да го оптимизира процесот на производство на биогориво.
Добро е утврдено дека штом лигнинот ќе се распадне, тој има способност да обезбеди или подобро кажано да „подари“ вредни хемикалии на платформа кои потоа може да се претворат во најлон, пластика, фармацевтски производи и други важни производи кои моментално се добиени од нафта, не -обновлив извор на енергија. Оваа студија е релевантна за да биде чекор кон истражување и развој на ефективни решенија за биогориво и биопроизводство. Користејќи биоинженерска технологија, можеме да произведеме поголеми количества хемикалии на платформа и неколку други нови крајни производи, не само со бактериска E.Coli, туку и со други микробни домаќини. Идните истражувања на авторите ќе се фокусираат на демонстрација на економично производство на овие производи. Ова истражување има огромно влијание врз процесите на производство на енергија и проширување на опсегот на можности за зелени производи. Авторите забележуваат дека во блиска иднина лигноцелулозата дефинитивно треба да ја надополни нафтата ако не ја замени.
***
{Можете да го прочитате оригиналниот истражувачки труд со кликнување на врската DOI дадена подолу во списокот со цитирани извори}
Извор (и)
Ву В и сор. 2018. Кон инженеринг E. coli со авторегулаторен систем за валоризација на лигнин', Зборникот на Националната академија на науки. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
