211service.com
Bakterier gör bättre alkoholbränslen
Genom att konstruera den vanliga metaboliska processen E coli bakterier, forskare vid University of California, Los Angeles (UCLA), har lockat mikroorganismen till att fräsa ut användbara långkedjiga alkoholer som har potential som nya biobränslen. De bakterieproducerade biobränslena har mellan fem och åtta kolatomer, jämfört med etanol som har två kol.
Protein boost: Gener som infogas i E. coli-bakterier kodar för proteiner (band- och strängformade strukturer) som omvandlar en aminosyraprekursor (grön och röd molekyl) till alkoholer som kan användas som biobränsle.
Det högre antalet kolatomer ger biobränslena lika mycket energi per gallon som bensin; som jämförelse har etanol 30 procent mindre energi än bensin. Och till skillnad från etanol är de nya biobränslena kompatibla med dagens bensininfrastruktur, säger man James Liao , en UCLA kemisk- och biomolekylär ingenjörsvetenskap professor, som ledde forskningen. Eftersom de långkedjiga alkoholerna inte absorberar vatten lika lätt som etanol skulle de kunna transporteras runt i landet i befintliga petroleumledningar.
De längre kedjade alkoholerna har också en fördel framför butanol, ett annat alkoholbaserat biobränsle, säger Liao. De långkedjiga alkoholerna separeras från vatten mycket lättare än butanol gör, så de skulle inte behöva energikrävande destillation. Många företag, inklusive DuPont och BP, försöker kommersialisera en process för att göra fyrkols-alkoholen butanol med hjälp av mikrober. Liaos grupp har också konstruerat buggar som gör butanol, och dess teknologi har licensierats av Pasadena, CA, startup Gevo.
Liao och hans kollegor använder syntetiska biologiverktyg för att mixtra med aminosyrametabolismen hos E coli . Alla organismer producerar ett stort antal aminosyror, som är byggstenarna i proteiner. Forskarna omarbetar denna metaboliska väg så att mot slutet, prekursorföreningarna som normalt skulle omvandlas till aminosyror istället förvandlas till långkedjiga alkoholer.
För att göra detta sätter forskarna in gener i bakterierna som gör att de producerar onaturligt långa aminosyraprekursormolekyler som har mer än sex kolatomer. De konstruerar också två gener – en från en typ av jäst, en från en osttillverkningsbakterie – i mikroben. Dessa modifierade gener producerar två nya proteiner som kan omvandla prekursorerna till alkoholer med fem till åtta kol.
Startups LS9 och Amyris Biotechnologies omarbetar redan mikrober för att producera kolvätebränslen. Båda planerar att påbörja kommersiell produktion av sina bränslen senast 2010.
Som är fallet med det nya arbetet använder både LS9 och Amyris syntetisk biologi, kopplar om mikrobernas metaboliska system genom att infoga gener från andra organismer, designa om kända gener och förändra uttrycket av proteiner. Men tillvägagångssätten för Liao, LS9 och Amyris är alla inriktade på en annan typ av metabolisk väg. LS9-forskare har omarbetat fettsyrametabolismen av E coli , medan Amyris mixar med de vägar som producerar naturliga föreningar som kallas isoprenoider.
Liao säger att aminosyravägen kan ha en liten fördel. Det är naturligt mer aktivt i bakterier, så att leka med det kan vara mer produktivt. Vi tror att detta i sig är ett mer effektivt sätt att göra dessa föreningar, säger han. Så potentiellt kommer vi att ha en högre avkastning.
Det nya långkedjiga alkoholbränslet har väckt företagens intresse, enligt Liao. Men det är en lång väg kvar. En stor utmaning att övervinna kan vara de långkedjiga alkoholernas toxicitet för bakterierna, säger Chris Somerville , chef för Energy Biosciences Institute vid University of California, Berkeley. Etanol är dödligt för mikrober i en koncentration på cirka 14 procent. Butanol är ännu giftigare och dödar mikrober vid cirka 2 procents koncentration. Denna toxicitet är ett av de största problemen för butanolprocesser. Att göra en produkt som är relativt ogiftig för kulturen, säger Somerville, är verkligen viktigt för att få upp avkastningen.
Liao tror inte att toxicitet kommer att vara en show propp. Han säger att bakterierna skulle kunna konstrueras för att göra dem mer alkoholtoleranta. Men, säger han, att öka avkastningen kommer att ligga i händerna på företaget som licensierar den nya tekniken.