Bakterier gjør bedre alkoholdrivstoff

Ved å konstruere den metabolske prosessen til det vanlige E coli bakterier, forskere ved University of California, Los Angeles (UCLA), har lokket mikroorganismen til å kjerne ut nyttige langkjedede alkoholer som har potensial som nytt biodrivstoff. Det bakterieproduserte biodrivstoffet har mellom fem og åtte karbonatomer, sammenlignet med etanol, som har to karbonatomer.

Protein boost: Gener satt inn i E. coli-bakterier koder for proteiner (bånd- og strengformede strukturer) som omdanner en aminosyreforløper (grønt og rødt molekyl) til alkoholer som kan brukes som biodrivstoff.

Jo høyere antall karbonatomer gir biodrivstoffet like mye energi per gallon som bensin; til sammenligning har etanol 30 prosent mindre energi enn bensin. Og i motsetning til etanol, er det nye biodrivstoffet kompatible med dagens bensininfrastruktur, sier James Liao , en professor i kjemisk og biomolekylær ingeniørvitenskap fra UCLA, som ledet forskningen. Siden de langkjedede alkoholene ikke absorberer vann like lett som etanol, vil de kunne fraktes rundt i landet i eksisterende petroleumsrørledninger.

De lengre kjedede alkoholene har også en fordel fremfor butanol, et annet alkoholbasert biodrivstoff, sier Liao. De langkjedede alkoholene skiller seg mye lettere fra vann enn butanol gjør, så de trenger ikke energikrevende destillasjon. Mange selskaper, inkludert DuPont og BP, prøver å kommersialisere en prosess for å lage fire-karbon alkohol butanol ved hjelp av mikrober. Liaos gruppe har også utviklet feil som lager butanol, og teknologien er lisensiert av Pasadena, CA, oppstarten Gevo.

Liao og hans kolleger bruker syntetisk-biologiske verktøy for å fikle med aminosyremetabolismen til E coli . Alle organismer produserer et stort antall aminosyrer, som er byggesteinene i proteiner. Forskerne omkonstruerer denne metabolske banen slik at forløperforbindelsene som normalt ville bli omdannet til aminosyrer mot slutten i stedet blir til langkjedede alkoholer.

For å gjøre dette setter forskerne inn gener i bakteriene som gjør at de produserer unaturlig lange aminosyreforløpermolekyler som har mer enn seks karbonatomer. De konstruerer også to gener – ett fra en type gjær, ett fra en ostebakterie – inn i mikroben. Disse modifiserte genene produserer to nye proteiner som kan konvertere forløperne til alkoholer med fem til åtte karbon.

Startups LS9 og Amyris Biotechnologies omkonstruerer allerede mikrober for å produsere hydrokarbondrivstoff. Begge planlegger å starte kommersiell produksjon av drivstoffet sitt innen 2010.

Som tilfellet er med det nye arbeidet, bruker både LS9 og Amyris syntetisk biologi, og kobler om de metabolske systemene til mikrober ved å sette inn gener fra andre organismer, redesigne kjente gener og endre uttrykket til proteiner. Men tilnærmingene til Liao, LS9 og Amyris retter seg alle mot en annen type metabolsk vei. LS9-forskere har rekonstruert fettsyremetabolismen til E coli , mens Amyris fikser med banene som produserer naturlige forbindelser kjent som isoprenoider .

Liao sier at aminosyreveien kan ha en liten fordel. Det er naturlig mer aktivt i bakterier, så det kan være mer produktivt å leke med det. Vi tror dette i seg selv er en mer effektiv måte å lage disse forbindelsene på, sier han. Så potensielt vil vi ha en høyere avkastning.

Det nye langkjedede alkoholdrivstoffet har fanget interessen til selskaper, ifølge Liao. Men det er fortsatt en lang vei frem. En stor utfordring å overvinne kan være langkjedede alkoholers toksisitet for bakteriene, sier Chris Somerville , direktør for Energy Biosciences Institute ved University of California, Berkeley. Etanol er dødelig for mikrober i en konsentrasjon på rundt 14 prosent. Butanol er enda mer giftig, og dreper mikrober ved omtrent 2 prosent konsentrasjon. Denne toksisiteten er et av de største problemene for butanolprosesser. Å lage et produkt som er relativt ugiftig for kulturen, sier Somerville, er veldig viktig for å få opp utbyttet.

Liao tror ikke at toksisitet vil være en stopper. Han sier at bakteriene kan konstrueres for å gjøre dem mer alkoholtolerante. Men, sier han, å øke avkastningen vil være i hendene på selskapet som lisensierer den nye teknologien.

gjemme seg