Wykorzystanie bakterii do produkcji propanu
Modyfikowanie fotosyntetyzujących organizmów wodnych, aby wytwarzały duże ilości gotowych do użycia paliw do zastosowania w transporcie, wydaje się niezwykle ekscytującą możliwością. Umożliwiłoby to tanią produkcję paliw do silników o niskiej emisji w procesie, który nie stwarza konkurencji dla ziemi uprawnej. Badacze finansowani ze środków UE przystąpili do wykorzystania tego potencjału na skalę komercyjną w ramach projektu DIRECTFUEL (Direct biological conversion of solar energy to volatile hydrocarbon fuels by engineered cyanobacteria). Zespół skoncentrował się na rozwoju procesu biosyntetycznej produkcji propanu, alkanu krótkołańcuchowego, u cyjanobakterii. Organizmy te naturalnie nie produkują tego typu molekuł, jednak zgodnie z prognozami, w najbliższych 10-20 latach komercyjnie wykonalne strategie staną się dostępne. Korzystając z połączenia metod odkrywania enzymów, charakterystyki na poziomie molekularnym i inżynierii metabolicznej, projekt DIRECTFUEL po raz pierwszy wykazał, że biosynteza mikrobiologiczna propanu jest możliwa na podłożu Escherichia coli. E. coli to powszechnie występująca i dobrze scharakteryzowana bakteria jelitowa, która w badaniach często służy za organizm modelowy. Bakteria ta ma prostą, a jednocześnie dobrze zachowaną strukturę, szybko rośnie i łatwo poddaje się manipulacji w warunkach laboratoryjnych. Skuteczne zastosowanie tego podłoża bakteryjnego w produkcji propanu dla potrzeb transportu będzie przełomowym zdarzeniem w kontekście wytwarzania energii i zmiany klimatu. Zespół DIRECTFUEL opracował i scharakteryzował następujące po sobie katalizowane enzymatycznie etapy biosyntezy, które przekształcają naturalne węglowe półprodukty fotosyntezy w produkt końcowy, propan. Wiele uwagi poświęcono ostatniemu krytycznemu etapowi, w którym powstaje produkt alkanowy. Naukowcy z powodzeniem zmodyfikowali gen kodujący enzym katalityczny na tym etapie w celu efektywniejszego zastosowania dostępnych substratów. Zbadali także wpływ nowego szlaku biosyntezy na metabolizm pierwotny, wzrost i zdolność E. coli do przeżycia, a także stworzyli modele metabolizmu cyjanobakteryjnego. Nowy protokół umożliwia przeprowadzenie po raz pierwszy badań przesiewowych w skali genomu pod kątem genów niezbędnych warunkowo. Na koniec powstały nowatorskie systemy fotobioreaktora do produkcji i kwantyfikacji lotnych produktów docelowych, stanowiące pierwszy krok w kierunku wielkoskalowych procesów przemysłowych. Narzędzia eksperymentalne i teoretyczne powstałe w projekcie DIRECTFUEL będą nieocenione w dalszych badaniach, przyczyniając się w dużym stopniu do zastąpienia rafinacji petrochemicznej w skali przemysłowej fotobiologiczną produkcją propanu.
Słowa kluczowe
Bakterie, propan, fotosyntetyzujące, paliwa, biosyntetyczny, enzym
