اخبار علمی, مطالب
افزایش قدرت سوخت های زیستی با مهندسی مخمر ها
افزایش تولید سوخت های زیستی مانند اتانول می تواند گامی مهم در جهت کاهش مصرف جهانی سوخت های فسیلی باشد. با این حال ، تولید اتانول به دلیل وابستگی به ذرت ، که در مقادیر زیادی رشد نمی کند تا قسمت قابل توجهی از نیازهای سوخت ایالات متحده را تولید کند ، تا حد زیادی محدود شده است.
برای تلاش جهت گسترش سوخت های زیستی ، تیمی از مهندسان MIT اکنون راهی برای گسترش استفاده از طیف وسیع تری از مواد خوراکی غیر غذایی برای تولید چنین سوخت هایی پیدا کرده اند. در حال حاضر ، استفاده از مواد خوراکی مانند کاه و گیاهان چوبی برای تولید سوخت های زیستی دشوار است زیرا ابتدا باید آنها را به قندهای قابل تخریب تقسیم کرد ، این فرآیند محصولات جانبی زیادی را ایجاد میکند که برای مخمر سم هستند .
محققان MIT راهی برای دور زدن این سمیت ایجاد کردند و استفاده از این منابع را که بسیار بیشتر است ، برای تولید سوخت های زیستی عملی ساختند
. آنها همچنین نشان دادند که تحمل در برابر سمیت را می توان در سویه هایی از مخمر استفاده کرد که برای تولید سایر مواد شیمیایی استفاده می شود ،پس به طور بالقوه امکان استفاده از مواد گیاهی چوبی “سلولزی” به عنوان منبع ساخت بیودیزل یا پلاستیک های زیستی فراهم می شود.
فلیکس لام ، همکار تحقیقاتی MIT و نویسنده اصلی مطالعه جدید ، می گوید: “آنچه ما واقعاً می خواهیم انجام دهیم بازکردن مواد اولیه سلولزی برای تقریباً هر محصولی و استفاده از وفور مطلق سلولز است.”
گریگوری استفانوپولوس ، استاد مهندسی شیمی ویلارد هنری داو و جرالد فینک ، استاد مارگارت و هرمان سوکول در انستیتوی تحقیقات زیست پزشکی وایتهد و استاد ژنتیک انجمن سرطان آمریکا در گروه زیست شناسی MIT ، نویسندگان ارشد مقاله هستند.
در حال حاضر ، حدود 40 درصد از محصول ذرت ایالات متحده به اتانول تبدیل می شود. ذرت در درجه اول یک محصول غذایی است که به مقدار زیادی آب و کود نیاز دارد ، بنابراین مواد گیاهی معروف به زیست توده سلولزی به عنوان یک منبع جذاب و غیرقابل رقابت برای سوخت های تجدید پذیر و مواد شیمیایی در نظر گرفته می شود. این زیست توده ، که شامل انواع مختلفی از کاه ، و قسمتهایی از گیاه ذرت است که به طور معمول استفاده نمی شوند ، ممکن است به بیش از 1 میلیارد تن ماده در سال برسد، طبق یک مطالعه توسط وزارت انرژی ایالات متحده این مقدار میتواند 30 تا 50 درصد انرژی مورد نیاز برای حمل نقل را تامین کند.
با این وجود ، دو مانع اساسی در استفاده از زیست توده سلولزی این است که سلولز ابتدا باید از لیگنین چوبی آزاد شود و سلولز سپس باید بیشتر شکسته شود و به قندهای ساده ای که مخمر می تواند استفاده کند ، تجزیه شود.پیش ساز ها ، ترکیباتی به نام آلدهیدها تولید می کند که بسیار واکنش پذیر هستند و می توانند سلول های مخمر را از بین ببرند.
برای غلبه بر سوبسترای سمی برای مخمر جهت تولید سوخت زیستی ، تیم MIT تکنیکی را ایجاد کردند که چندین سال پیش برای بهبود تحمل سلول های مخمر در برابر طیف وسیعی از الکل ها ، که برای مقادیر زیادی نیز برای مخمر سمی است ، ایجاد کرده بودند. در آن مطالعه ، آنها نشان دادند که بیوراکتور با ترکیبات خاصی که غشای مخمر را تقویت می کند ، به زنده ماندن مخمر در غلظت های بالای اتانول کمک می کند. با استفاده از این روش ، آنها توانستند عملکرد اتانول سوخت سنتی یک نوع مخمر با عملکرد بالا را حدود 80 درصد بهبود دهند.
در مطالعه جدید خود ، محققان مخمر را مهندسی کردند تا بتوانند آلدهیدها به عنوان محصولات جانبی سلولزی را به الکل تبدیل کنند که به آنها اجازه می دهد از استراتژی تحمل الکل که قبلاً تدوین کرده بودند ، استفاده کنند. آنها چندین آنزیم طبیعی را که این واکنش را انجام می دهند ، از چندین گونه مخمر آزمایش کردند و یکی از آنها را که بهترین عملکرد را دارد ، شناسایی کردند. سپس ، آنها از تکامل جهت دار برای بهبود بیشتر آن استفاده کردند.
