Bakterie přeměňují uhlíkový odpad na cenné chemikálie: Upravené bakterie přeměňují zachycený oxid uhličitý na chemikálie pro paliva, tkaniny a kosmetiku

Bakterie přeměňují uhlíkový odpad na cenné chemikálie: Upravené bakterie přeměňují zachycený oxid uhličitý na chemikálie pro paliva, tkaniny a kosmetiku
Bakterie přeměňují uhlíkový odpad na cenné chemikálie: Upravené bakterie přeměňují zachycený oxid uhličitý na chemikálie pro paliva, tkaniny a kosmetiku
Anonim

Výzkumníci vytvořili kmen bakterií, které rozkládají oxid uhličitý (CO2) a převádějí jej na běžně používané, drahé průmyslové chemikálie. Uhlíkový negativní přístup odstraňuje CO2 z atmosféry a obchází používání fosilních paliv k výrobě těchto chemikálií.

Bakterie jsou známé tím, že rozkládají laktózu na jogurt a cukr na pivo. Nyní výzkumníci pod vedením Northwestern University a LanzaTech využili bakterie k rozkladu odpadního oxidu uhličitého (CO2) k výrobě cenných průmyslových chemikálií.

V nové pilotní studii výzkumníci vybrali, zkonstruovali a optimalizovali kmen bakterií a poté úspěšně prokázali jeho schopnost přeměnit CO2 na aceton a isopropanol (IPA).

Tento nový proces fermentace plynu nejen odstraňuje skleníkové plyny z atmosféry, ale také se vyhýbá používání fosilních paliv, která jsou obvykle potřebná k výrobě acetonu a IPA. Po provedení analýzy životního cyklu tým zjistil, že uhlíkově negativní platforma by mohla snížit emise skleníkových plynů o 160 % ve srovnání s konvenčními procesy, pokud by byla široce přijata.

Studie bude zveřejněna v pondělí (21. února) v časopise Nature Biotechnology.

„Zrychlující se klimatická krize v kombinaci s rychlým populačním růstem představuje pro lidstvo některé z nejnaléhavějších výzev, které jsou všechny spojené s neustálým uvolňováním a hromaděním CO2 celé biosféry,“řekl Michael Jewett z Northwestern, spoluautor studie.„Využitím naší kapacity k partnerství s biologií k výrobě toho, co je potřeba, kde a kdy je to potřeba, na udržitelném a obnovitelném základě, můžeme začít využívat dostupné CO2transformovat biohospodářství."

Jewett je profesorem chemického a biologického inženýrství W altera P. Murphyho na Northwestern's McCormick School of Engineering a ředitelem Centra pro syntetickou biologii. Studii vedl s Michaelem Koepkem a Ching Leang, oba výzkumníci z LanzaTech.

Potřebné průmyslové velkoobjemové a plošinové chemikálie, aceton a IPA se nacházejí téměř všude, přičemž společný globální trh dosahuje hodnoty 10 miliard USD. IPA, široce používaná jako dezinfekční a antiseptikum, je základem pro jeden ze dvou dezinfekčních přípravků doporučených Světovou zdravotnickou organizací, které jsou vysoce účinné při zabíjení viru SARS-CoV-2. A aceton je rozpouštědlem pro mnoho plastů a syntetických vláken, ředění polyesterové pryskyřice, čisticí nástroje a odstraňovač laku na nehty.

I když jsou tyto chemikálie neuvěřitelně užitečné, jsou generovány z fosilních zdrojů, což vede k oteplování klimatu CO2 emisí.

Pro udržitelnější výrobu těchto chemikálií vyvinuli výzkumníci nový proces fermentace plynu. Začali s Clostridium autoethanogenum, anaerobní bakterií vyvinutou v LanzaTech. Poté vědci pomocí nástrojů syntetické biologie přeprogramovali bakterii tak, aby fermentovala CO2 za vzniku acetonu a IPA.

„Tyto inovace, vedené bezbuněčnými strategiemi, které vedly jak kmenové inženýrství, tak optimalizaci enzymů dráhy, zrychlily dobu produkce o více než rok,“řekl Jewett.

Týmy Northwestern a LanzaTech věří, že vyvinuté kmeny a fermentační proces se promítnou do průmyslového měřítka. Tento přístup by také mohl být potenciálně použit k vytvoření efektivních procesů pro generování dalších cenných chemikálií.

„Tento objev je velkým krokem vpřed, abychom se vyhnuli klimatické katastrofě,“řekla Jennifer Holmgren, generální ředitelka LanzaTech. "Dnes je většina našich komoditních chemikálií odvozena výhradně z nových fosilních zdrojů, jako je ropa, zemní plyn nebo uhlí. Aceton a IPA jsou dva příklady s kombinovaným globálním trhem v hodnotě 10 miliard USD. Vyvinuté cesty acetonu a IPA urychlí rozvoj další nové produkty uzavřením uhlíkového cyklu pro jejich použití v různých průmyslových odvětvích."

Jewett je členem Chemistry of Life Processes Institute, Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology a Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center of Northwestern University.

Populární téma