Сегодня, почти весь этанол — по крайней мере, в США — прибывает из преобразования ядер зерна в топливо. Но потому что сельское хозяйство зерна требует большого количества энергии и удобрения, зерновой этанол фактически не делает многого для сокращения нефтяного использования или выбросов парниковых газов. Несколько компаний работают для преобразования сельскохозяйственных отходов — известный как целлюлозная биомасса — в этанол. Но им пришлось, нелегко делая его так же дешево как зерновой этанол, потому что это является дорогостоящим для разрушения биомассы в сахар, который могут ферментировать микроорганизмы. Теперь, исследователи в США спроектировали микроорганизм, и ломающий клетчатку в сахар и ферментирующий их для производства этанола.
Недавно спроектированные микроорганизмы еще не являются столь же опытными при создании этанола как дрожжи, преобразовывающие ядра зерна в топливо. Но если исследователи могут повысить этанол жуков, выведенный на просто еще 20%, он мог бы дать производителям целлюлозного этанола новый способ пропустить их затраты и переместить этанол, сделанный из зерна.
Зерновой этанол уже является большим бизнесом. В одних только США производители этанола делают почти 53 миллиарда литров этанола от зерна ежегодно. Это частично, потому что относительно легко сделать. Ядра зерна сделаны из крахмала, простого подобного цепочке полимера глюкозы. Ethanolmakers должны только добавить ферменты, стремящиеся расколоть крахмал в отдельные молекулы глюкозы. Дрожжи тогда делают остальных в резервуаре ферментации, преобразовывая глюкозу в этанол.
Создание этанола от целлюлозной биомассы более трудно. Клетчатка составляет клеточные оболочки листьев растения и основ. Это также сделано из длинных цепочек молекул глюкозы, соединенных в волокна. Но те волокна обернуты в деревянистый материал, названный лигнином, защищающим сахар от голодных вредителей и потенциальных производителей целлюлозного этанола. Таким образом для преобразования целлюлозной биомассы в этанол инженеры должны сначала размолоть его и добавить кислоты или основы для ухудшения лигнина. Затем, они добавляют фермент для сокращения клетчатки на отдельные сахарные молекулы так, чтобы дрожжи могли ферментировать их к этанолу. Но эти дополнительные шаги добавляют стоимость, поместившую целлюлозный этанол в коммерческий недостаток по сравнению с зерновым этанолом.
Один луч надежды шел с открытием в 1980-х уроженца микроорганизмов горячих источников в Йеллоустонском национальном парке в США и в другом месте которые естественно в состоянии сломать лигнин в целлюлозной биомассе. Эти организмы не делают этанола, но исследователи надеялись, что они могли управлять своими генами, чтобы дать им ту способность. «Если Вы начинаете с организмов, которые могут сделать, твердая часть, уча им сделать этанол относительно легка», говорит Джанет Вестфелинг, генетик в Университете Джорджии (UGA), Афинах.
Westpheling и ее коллеги решили использовать бактерии под названием Caldicellulosiruptor bescii или Caldi для краткости Проблема была, Caldi является таким экзотическим микроорганизмом, что стандартные генетические инструменты для сокращения и соединения генов, развитых для промышленных организмов, таких как кишечная палочка и дрожжи, не работали. Таким образом за прошлые 2 года, Westpheling и ее коллеги развили новый набор генных инструментов манипуляции, чтобы вставить и удалить гены в Caldi. Это готовило почву для их текущего проекта, давая Caldi его новый талант.
Westpheling и коллеги от UGA и Научного центра BioEnergy в Окриджской национальной лаборатории добавили ген, названный ацетальдегидом/алкогольдегидрогеназой, позволяющим организмам ферментировать простой сахар в этанол. И они удалили другой ген, что использование организма для создания продукта назвало лактат, состав, без которого могут жить микроорганизмы, но это обычно принимает большую часть их метаболической активности. Результатом, о котором они сообщают онлайн сегодня в Продолжениях Национальной академии наук, была партия Caldi, что, когда относится необработанный switchgrass — форма целлюлозной биомассы, которая может вырасти почти где угодно — смогла сломать вопрос растения и преобразовать 70% сахара к этанолу.
Это все еще значительно ниже 100%-го сахара к конверсии этанола дрожжей. Но Вестфелинг полагает, что, если они могут повысить то число приблизительно к 90%, делая этанол из switchgrass, использование Caldi могло бы быть сделано более дешево, чем выполнение так от зерна. «Идея обработать целлюлозную биомассу без предварительной обработки является важной идеей», говорит Ли Линд, эксперт по целлюлозному этанолу в Дартмутском колледже, не связанный с работой. Он добавляет, что стратегия попытки превратить экзотические микроорганизмы в промышленные электростанции вместо того, чтобы щипнуть текущие промышленные микроорганизмы является «появляющейся тенденцией, которая является захватывающей». И это – то, которое это, вероятно, поправится, поскольку исследователи затачивают свои инструменты для управления метаболизмом Кальди. «Этот жук не длинен из грязи», говорит Линд. И уже это находится на остром выступе изменения мира.