Биоинженерия открывает новые возможности для производства биотоплива

В поиске возобновляемых альтернатив для бензина, такие тяжелые спирты как изобутанол являются наиболее обещающими кандидатами не только потому, что они содержат больше энергии чем этанол, то также и потому, что они более совместимы с существующей инфраструктурой, основанной на бензине. Однако, для того чтобы сделать изобутанол более практичным, ученые нуждаются в методах его надежного производства в больших количествах.

Инженеры в области химии и биологии из МТИ (MIT) разработали метод резкого увеличения производства изобутанола в дрожжах, которые в нормальных условиях производят его в меньших количествах. Они спроектировали дрожжи, в которых синтез изобутанола происходит по всему объему митохондрии, клеточной структуры, генерирующей энергию и содержащую множество биосинтетических путей. Используя этот подход, они смогли увеличить производство изобутанола на 260%.

«Хотя размер производства по-прежнему мал для промышленных масштабов, предварительные оценки характеризуют этот подход как многообещающий не только для производства изобутанола, но и для других полезных веществ», говорит Gregory Stephanopoulos, профессор химической инженерии в МТИ и один из главных авторов статьи опубликованной 17.02.2013 в онлайн издании Nature Biotechnology.

«Речь идет не только об изобутаноле», говорит Stephanopoulos. «Этот подход открывает возможность производить множество биохимикатов внутри органеллы, которая намного лучше подходит для этих целей в сравнении с цитозолом клеток дрожжей».

Обычно дрожжи производят изобутанол во время серий реакций, которые имеют место в двух разных местах внутри клетки. Синтез начинается с пируватом – распространенной молекулы, генерируемой в процессе распада таких сахаров как глюкоза. Пируват транспортируется в митохондрию, где он может входить в разные метаболические пути, включая тот, вследствие которого производится аминокислота валин и альфа-кетоизовалерат (alpha-KIV). Валин и alpha-KIV могут быть перемещены в цитоплазму, где они с помощью ферментов превращаются в изобутанол.

Исследователи из МТИ переместили вторую фазу из цитоплазмы в митохондрию. Они достигли этого изменением ферментов метаболических путей, что увеличило производство изобутанола на 260%.

Исследования могут найти множество применений в метаболической инженерии. Есть много ситуаций, где может быть выгодна концентрация всех шагов реакции в маленьком объеме, что значительно увеличивает эффективность процессов.

Сейчас исследователи пытаются улучшить изобутаноловые дрожжи и уменьшить производство этанола, что все еще является главным продуктом сахарного распада в дрожжах.

«Смещение этаноловых путей является важным шагом в изменении дрожжей для производства изобутанола», говорит Stephanopoulos. «Затем нам будет нужно внедрить синтез изобутанола, заменив первый вторым для поддержания баланса внутри клетки».

«Пока они проделали хорошую работу, показывая, что эта идея работает», говорит James Liao, профессор химической и биомолекулярной инженерии в UCLA, который не был частью исследовательской команды. «Следующий шаг – посмотреть, возможно ли масштабировать этот процесс и производить достаточное количество дрожжей для коммерческого использования».

Исследование было спонсировано Национальным Институтом Здоровья (National Institutes of Health) и Shell Global Solutions.

Источник: MIT.

Комментарии: