Rekonstrukcja genomów drobnoustrojów ze środowiska
Społeczności mikroorganizmów są wszędzie, od środowiska naturalnego po nasze własne ciała. Mikrobiomy ludzkie i środowiskowe są zróżnicowane i odgrywają szereg kluczowych ról w zdrowiu człowieka i funkcjonowaniu zdrowych ekosystemów. Dzięki niedawnemu pojawieniu się metagenomiki, wydajnej i opłacalnej technologii sekwencjonowania DNA, w ostatnich latach nasza wiedza na temat tych społeczności znacznie wzrosła. Rzeczywiście tempo badań nad mikrobiomem przyspieszyło (dowiedz się więcej w najnowszym odcinku podcastu CORDIScovery, „Niesamowity świat mikrobiomu jelitowego”). Genomy złożone z metagenomów (MAG) zrekonstruowane za pomocą tych technik są niezwykle cenne dla dalszego zrozumienia różnorodnych nisz ekologicznych drobnoustrojów. Wyniki mogą znaleźć szerokie zastosowania w biotechnologii, medycynie, a nawet nauce o klimacie. Jednak jakość zrekonstruowanych MAG opiera się na technice znanej jako binning, w której grupy sekwencji nukleotydów z organizmu są umieszczane w przedziałach w zależności od tego, jak często pojawiają się w różnych próbkach. Jeśli dla danego organizmu nie ma wielu próbek, grupowanie staje się trudniejsze, a rekonstrukcja niedostateczna. W finansowanym ze środków UE projekcie Metagenome binning, realizowanym przy wsparciu programu działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), badacze reagują na te wyzwania, opracowując nowy algorytm, który udoskonali binning w sytuacjach niewystarczającej dostępności próbek. Prace te pomogą naukowcom lepiej zrozumieć ludzki i środowiskowy mikrobiom. „Ulepszony binning prowadzi do lepszej rekonstrukcji wysokiej jakości genomów drobnoustrojów z próbek środowiskowych, na przykład z ludzkich jelit” — mówi Yazhini Arangasamy(odnośnik otworzy się w nowym oknie), stypendystka post-doc Marie-Curie na Instytucie Nauk Multidyscyplinarnych im. Maxa Plancka(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Czystsze surowce do produkcji paliw
Obecnie większość paliw zrównoważonych wytwarza się z hydrorafinowanych estrów i kwasów tłuszczowych, wykorzystując w tym celu proces rafinacji, w którym oleje roślinne, zużyte oleje kuchenne, tłuszcze zwierzęce lub inne odpady bogate w lipidy są przetwarzane w paliwo o składzie chemicznym niemal identycznym z tradycyjną naftą lotniczą. Wadą jest ograniczona dostępność olejów odpadowych, ich wysokie ceny i konieczność importowania surowców — blisko połowa pochodzi z Chin i Malezji. W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej i wspieranego przez Europejską Radę ds. Innowacji projektu GAFT powstała nowatorska metoda wytwarzania surowca na potrzeby produkcji paliwa lotniczego z wykorzystaniem CO2, wody i odnawialnej energii elektrycznej. Marien de Jonge jest dyrektorem naukowym i jednym ze współzałożycieli GAFT, niderlandzkiej spółki kierującej badaniami. Jak wyjaśnia, celem projektu było „opracowanie nowych sposobów wytwarzania biopaliw i paliw ekologicznych, które można wykorzystać do produkcji zrównoważonego paliwa lotniczego, głównie dzięki lokalnemu wytwarzaniu długołańcuchowych lipidów podlegających procesowi hydrorafinacji”. Miejsce zużytego oleju kuchennego zajął czysty mikrobiologiczny surowiec lipidowy opracowany przez GAFT wytwarzany w ramach wyjątkowego procesu łączącego elektrochemię i fermentację.
Nowa biologiczna i elektrochemiczna metoda produkcji zrównoważonych paliw
CO2, woda i energia elektryczna są wykorzystywane w ramach opatentowanego procesu w celu wytwarzania mrówczanu potasu, który jest następnie przekształcany w kwas mrówkowy. Proces wykorzystuje także niezmodyfikowane genetycznie mikroorganizmy zdolne do fermentacji różnych surowców w celu produkcji lipidów, w tym trójglicerydów, które są kluczowymi prekursorami paliwa lotniczego. „Wszystkie te technologie tworzą proces, w ramach którego energia ze źródeł odnawialnych i wychwycony dwutlenek węgla są przekształcane w podstawowe elementy składowe zrównoważonego paliwa lotniczego”, wyjaśnia de Jonge.
Droga do skalowalnej i lokalnej produkcji paliw
Jedną z głównych zalet podejścia opracowanego przez zespół projektu GAFT jest możliwość zastąpienia importowanych olejów odpadowych odnawialnymi surowcami pochodzenia lokalnego. De Jonge podkreśla, że toruje to drogę do budowy „bardziej skalowalnego i lokalnego łańcucha dostaw zrównoważonych paliw lotniczych”, uniezależniając ten sektor od surowców wymaganych do procesu hydrorafinacji. W ramach procesu powstaje również wartościowy produkt uboczny. Pozostała biomasa jest bogatym w białko materiałem, który może być stosowany jako składnik pokarmu dla akwakultury. Dzięki temu stanowi zrównoważoną alternatywę dla tradycyjnych pasz na bazie mączki rybnej lub soi.
Patrząc w przyszłość
Największym wyzwaniem dla zespołu pozostaje zwiększanie skali rozwiązania, a także finansowanie inwestycji. Stale trwają jednak negocjacje, a ambicje zespołu są jasne. „Zespół projektu GAFT ma na celu zbudowanie w pełni skalowalnego i zrównoważonego łańcucha dostaw zrównoważonych paliw lotniczych opartego na obiegu zamkniętym, wykorzystującego lokalnie wytwarzane lipidy i energię ze źródeł odnawialnych. Celem jest wyparcie trudno dostępnych i importowanych surowców, takich jak zużyty olej spożywczy”, twierdzi de Jonge. Jeśli rozwiązanie okaże się skuteczne, rezultatem jego wdrożenia może być zwiększenie produkcji zrównoważonych paliw lotniczych, a także obniżenie emisji i zmniejszenie zależności lotnictwa od paliw kopalnych. Choć przyszłość przyniesie szereg wyzwań dotyczących procesu, inwestycji i przepisów, zespół projektu GAFT uważa, że zastosowany przez nich model przełoży się na bardziej odporną przyszłość produkcji paliwa lotniczego.
