Mikrober fremstillet ved hjælp af elektricitet til produktion af flydende brændsel • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Bioteknologi, Mikrobiologi

Mikrober fremstillet ved hjælp af elektricitet til fremstilling af flydende brændstoffer

Ralstonia eutropha – Bakterier, som i fremtiden kan erstatte menneskelige oliefelter. Billede fra www.genomik.uni-goettingen.de

Amerikanske bioteknologer har udviklet en "electromicrobial" bioreaktor til produktion af flydende brændstoffer, der er egnet til forbrændingsmotorer. Systemet er drevet af elektricitet og bruger kuldioxid som råmateriale. Elektrokemisk formateret dannet fra CO2tjener som mad til genetisk modificerede bakterier Ralstonia, i gener, hvor gener er indlejret til produktion af flydende brændstoffer (isobutanol og 3-methyl-1-butanol).

Søgningen efter effektive metoder til at opnå energi fra vedvarende ressourcer er en af ​​de mest presserende opgaver, som specialisterne inden for bioteknologi står over for. Den mest rigelige og praktisk uudtømmelige energiressource, der er tilgængelig for menneskeheden, er solstråling. Forskere gør en stor indsats for at lære at udnytte det mere effektivt end levende organismer gør ved hjælp af fotosyntese. Selvfølgelig kan vi dyrke træ til brænde eller drive ethanol fra plantebiomasse, men sådanne "bedstefar" -metoder vil næppe dække vores voksende energibehov, når fossile brændstofreserver er til ende.Radikalt øget effektiviteten af ​​fotosyntese med gentekniske metoder vil sandsynligvis være meget vanskelig (se: Blankenship et al., 2011. Sammenligning af fotosyntetiske og solcelleffektiviteter og anerkendelse af potentialet for forbedring).

På den anden side omdanner moderne solceller ganske effektivt sollys til elektricitet, og der er grund til at håbe på deres yderligere forbedring. Elektricitet har imidlertid en betydelig ulempe: det er vanskeligt at opbevare og opbevare til fremtidig brug.

Derfor ville det være nyttigt at lære nogle autotrofe organismer at bruge elektricitet som energikilde til syntese af organisk materiale fra CO.2. Det er ønskeligt, at de samtidig syntetiserer ikke kun det organiske stof, som de selv har brug for til vækst og reproduktion, men desuden biobrændstof, der er egnet til forbrændingsmotorer.

Dette problem blev løst af biologer fra University of California i Los Angeles. Det "elektromikrobielle" system, som de udviklede, modtager el og kuldioxid ved indgangen, og ved udgangen produceres isobutanol og 3-methyl-1-butanol (3 MB), stoffer, som kan anvendes i stedet for benzin.

Hovedaktøren i en bioreaktor er en genetisk modificeret bakterie. Ralstonia eutropha. Denne mikrobe er populær blandt bioteknologer på grund af dets unikke biokemiske evner. Det kan vokse som en heterotroph, det vil sige at spise færdige organiske stoffer, men det kan også fortsætte gennem kemosyntese (som en kemoautotroph), der selvstændigt syntetiserer organiske stoffer fra CO2ved hjælp af energien af ​​redox reaktioner. En af disse reaktioner, som ralstonia kan udføre autotroph metabolisme på, er splittelsen af ​​formiat med dannelsen af ​​CO2 og NADH (NADH er en universel elektron donor, som bakterien derefter bruger til at reparere CO2): HCOO + NAD+ → CO2 + NADH.

Fig. 2. Scheme of the bioreactor. Formiat syntetiseres ved katoden (HCOO), som absorberes af bakterier. Ved oxidation af formiat producerer bakterierne NADH, som derefter anvendes til syntetisering af organiske stoffer fra CO2. Ud over de stoffer, der er nødvendige for mikrobernes liv og vækst, syntetiserer bakterierne biobrændstoffer (Biobrændstoffer) ved anvendelse af genkomplekset integreret i deres genom (Syntetisk vej). Billede fra artiklen i diskussion Videnskab

Forfatterne tilføjede et kompleks af gener, der var nødvendige for syntesen af ​​isobutanol og 3MB til ralstonia-genomet. Denne genetiske konstruktion blev udviklet tidligere og testet på Escherichia coli (se: Atsumi et al., 2008.Ikke-fermentative veje for forgrenede højere alkoholer som biobrændstoffer). Dens vigtigste komponent er enzymmener, som dekarboxylerer keto syrer, som produceres af bakterier som mellemprodukter under syntesen af ​​aminosyrerne valin og leucin. Som et resultat omdannes stoffet "beregnet" til syntesen af ​​valin delvist til isobutanol, og 3MB fremstilles fra leucinprækursor.

Således blev bakterier opnået, der kan "fodres" med formiat og producere biobrændstof ved udløbet. Formiat kan også opnås fra CO2 Brug af elektricitet (se fig. 2). For at den "elektromikrobielle" bioreaktor kunne virke, måtte der dog et yderligere problem løses: bakterierne nægtede at vokse i det medium, hvorigennem den elektriske strøm blev passeret. Som det viste sig, blev deres vækst undertrykt af to stoffer dannet ved anoden: nitrogenoxid (NO) og superoxid (O2). For at klare denne vanskelighed var det nok at anode anoden i en porøs keramisk kop. Dette hæmmer diffusionen af ​​skadelige stoffer i det miljø, hvor bakterier lever. Som følge heraf begyndte mikrober at vokse sikkert i reaktoren og producere biobrændstoffer fra kuldioxid ved anvendelse af elektrisk strøm som den eneste energikilde.

Selvfølgelig taler vi ikke om industriproduktion hidtil: vi har kun fået lidt mere end 140 milligram biobrændstof pr. Liter medium pr. 100 timers reaktoroperation (ved en spænding på 4 V og en strøm på 250 mA). Forfatterens vigtigste fortjeneste er at demonstrere den vigtigste mulighed for en sådan proces. Måske vil vores efterkommere modtage flydende brændstof i sådanne reaktorer forbundet med solpaneler. Desuden er formiat dannet ved nedbrydning af organisk materiale, som i fremtiden kan lette genanvendelsen.

Kilde: Han Li, Paul H. Opgenorth, David G. Wernick, Steve Rogers, Tung-Yun Wu, Wendy Higashide, Peter Malati, Yi-Xin Huo, Kwang Myung Cho, James C. Liao. Integreret elektromikrobiell omdannelse af CO2 til højere alkoholer // Videnskab. 2012. V. 335, s. 1596.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: