211service.com
Gener för att göra kolvätebränslen
Många arter gör naturligt små mängder kolväten. Nu forskare vid startupen LS9 , baserade i South San Francisco, CA, har beskrivit generna och enzymerna som är ansvariga för denna produktion av alkaner, huvudkomponenterna i bränslen som diesel. Resultaten, rapporterade i det aktuella numret av tidskriften Vetenskap , har tillåtit forskarna att konstruera E coli bakterier som kan utsöndra alkankolväten som kan förbrännas i dieselmotorer.
Bränsle gen: De cyanobakterier som avbildas här producerar naturligt kolväten som kan användas som bränsle i dieselmotorer. Forskare vid LS9 har nu identifierat generna som är ansvariga.
LS9 hade tidigare rapporterat att de använde bakterier för att producera kolvätebränsle, men det är första gången som forskarna har avslöjat hur de gjorde det. Detta är den första karakteriseringen av dessa enzymer. Nästan ingenting var känt om vilka enzymer som var ansvariga och hur de gör det, säger Frances Arnold , professor i kemiteknik, bioteknik och biokemi vid Caltech. Arnold var inte involverad i LS9-arbetet. Upptäckten öppnar upp för en helt ny uppsättning möjligheter, säger hon. Dessa reaktioner är mycket intressanta. Naturen har gjort några versioner av dem. Nu, i laboratoriet, kan vi göra många fler versioner, så att din fantasi får flöda. Alla kommersiella applikationer Arnold och andra upptäcker kommer dock sannolikt att kräva ett licensavtal med LS9, som har ansökt om patent för sin upptäckt.
LS9-forskarna upptäckte generna inblandade genom att jämföra genomen från 10 stammar av cyanobakterier (även kallade blågröna alger) som naturligt producerar alkaner med en mycket liknande stam som inte producerar några alkaner. De identifierade 20 gener som de alkanproducerande stammarna hade men som den icke-alkanproducerande stammen saknade. Därifrån minskade forskarna möjligheterna tills de identifierade generna och enzymerna som var nödvändiga för alkanproduktion. De bekräftade sin upptäckt genom att införliva generna i E coli och mäta de alkaner som bakterierna sedan gjorde. Bakterierna utsöndrar alkanerna, som sedan enkelt kan samlas upp och användas som bränsle.
Organismer gör alkaner via en komplex process som producerar fettsyror från koldioxid eller socker. Fettsyrorna omvandlas sedan av organismerna till en aldehyd som innehåller en kolatom bunden till en syreatom (tillsammans skapar de vad som kallas en karbonylgrupp). Enzymet aldehyddekarbonylas hjälper till att avlägsna denna grupp för att bilda en kedja av väte och kolatomer - kolvätet. Den naturliga processen ger en samling kolväten av olika längd som är jämförbara med kolvätemolekylerna i diesel.
Flera forskargrupper vid universitet och företag har letat efter sätt att tillverka förnybara bränslen som liknar nog petroleumbaserad bensin, diesel och jetbränsle för att användas i befintliga fordon. Sådana bränslen skulle vara mer mångsidiga än etanol, som inte kan användas i höga koncentrationer i vanliga motorer. LS9-upptäckten är ett lyft för denna ansträngning.
Men arbete återstår innan generna kan tillverka kommersiella mängder bränsle till priser som kan konkurrera med fossila bränslen. Det här är långt ifrån att beskriva en kommersiellt gångbar process för att tillverka alkaner, säger Arnold. Bränsle måste vara smutsbilligt. Det är inte klart att vi någonsin kommer att göra det billigt och enkelt på den här vägen. En grundläggande utmaning är att skala upp processen. Allt handlar om huruvida du kan skicka tillräckligt med kol genom den vägen för att komma till industriella nivåer, säger hon.
LS9 har genmanipulerats E coli för att optimera den process genom vilken bakterierna omvandlar socker till bränsle. Till exempel lever E. coli naturligt på några av de fettsyror som den producerar, snarare än att använda dem som råvara för att producera alkaner. LS9 förändrar bakterierna så att de inte äter fettsyrorna, vilket bidrar till att öka bränsleutbytet, säger Andreas Schirmer, LS9:s biträdande direktör för ämnesomsättningsteknik.
Företagets första bränsle på marknaden kommer troligen inte att vara ett kolväte. För fyra år sedan började företaget utveckla ett bränsle baserat på fettestrar som det säger skulle kunna fungera som en ersättning för dieselbränsle, och som är närmare marknaden än det kolvätebränsle som det började utveckla för två år sedan när det först identifierade alkangener och enzymer. .