Mikrobi koji šećer pretvaraju u gorivo

Dvije biokemičarke, Zhen Q. Wang sa Sveučilišta u Buffalu i Michelle C. Y. Chang sa Sveučilišta u Berkeleyju, iskoristile su čuda biologije i kemije kako bi glukozu, vrstu šećera, pretvorili u olefine, vrstu ugljikovodika i jednu od nekoliko vrsta molekula koje čine benzin. Njihov rad, objavljen u Nature Chemistry, novi je iskorak prema stvaranju održivih biogoriva.

Proces u dva koraka

Olefini čine mali postotak molekula u benzinu kakav se trenutno proizvodi, ali ovaj proces mogao bi se prilagoditi kako bi se generirale i druge vrste ugljikovodika, uključujući i neke druge komponente benzina. Olefini se zasad koriste u industrijskim mazivima i kao prekursori za proizvodnju plastike.

Genetski modificirane bakterije mogu se pretvoriti glukozu u masnu kiselinu, koja se zatim transformira u olefine. Kako bi se uzgojile takve bakterije, mikrobi se dodaju u tikvice napunjene hranjivim tvarima (žuta juha) i protresaju u inkubatoru kako bi se potaknuo protok kisika (Douglas Levere / Sveučilište u Buffalu)
Genetski modificirane bakterije mogu se pretvoriti glukozu u masnu kiselinu, koja se zatim transformira u olefine. Kako bi se uzgojile takve bakterije, mikrobi se dodaju u tikvice napunjene hranjivim tvarima (žuta juha) i protresaju u inkubatoru kako bi se potaknuo protok kisika (Douglas Levere / Sveučilište u Buffalu)

Proces je započet hranjenjem glukoze sojevima E. coli koji ne predstavljaju opasnost za ljudsko zdravlje. E. coli je genetski modificirana za proizvodnju skupa od četiri enzima koji pretvaraju glukozu u spojeve zvane 3-hidroksi masne kiseline.

Kako su bakterije konzumirale glukozu, počele su proizvoditi i masne kiseline. Uz pomoć katalizatora, niobij pentoksida (Nb2O5), uklonjeni su neželjeni dijelovi masnih kiselina i stvoren konačni proizvod: olefini.

Zhen Wang, docentica bioloških znanosti Sveučilišta u Buffalu i stručnjakinja za sintetičku biologiju (Douglas Levere / Sveučilište u Buffalu)
Zhen Wang, docentica bioloških znanosti Sveučilišta u Buffalu i stručnjakinja za sintetičku biologiju (Douglas Levere / Sveučilište u Buffalu)

“Kako bismo stvorili ovaj proces u dva koraka, kombinirali smo ono najbolje što mogu učiniti biologija i kemija”, objašnjava Wang. “Upotrebom ove metode uspjeli smo napraviti olefine izravno iz glukoze.”

Glukoza iz fotosinteze

“Izrada biogoriva iz obnovljivih izvora poput glukoze ima veliki potencijal za unapređenje tehnologije zelene energije”, kaže Wang. “Glukozu proizvode biljke fotosintezom, koja pretvara ugljični dioksid i vodu u kisik i šećer. Dakle, ugljik u glukozi – a kasnije i olefinima – zapravo je iz ugljičnog dioksida izvučenog iz atmosfere.”

Glukozu proizvode biljke fotosintezom, koja pretvara ugljični dioksid i vodu u kisik i šećer
Glukozu proizvode biljke fotosintezom, koja pretvara ugljični dioksid i vodu u kisik i šećer

Trebat će više istraživanja kako bi se razumjele prednosti nove metode i može li se ona učinkovito povećati za proizvodnju biogoriva ili u druge svrhe. Jedno od prvih pitanja na koje će trebati odgovoriti je koliko energije troši proces proizvodnje olefina; ako je trošak energije previsok, tehnologiju bi trebalo optimizirati da bude praktična za industrijske potrebe. 

Zhen Wang drži tikvicu u kojoj se nalazi soj E. coli koji ne ugrožava ljudsko zdravlje
Zhen Wang drži tikvicu u kojoj se nalazi soj E. coli koji ne ugrožava ljudsko zdravlje

Trenutno je za proizvodnju osam molekula olefina potrebno 100 molekula glukoze; istraživačice žele poboljšati taj omjer.