שמרים מהונדסים עשויים להרחיב את טווח ההגעה לדלקים ביולוגיים

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
X-ray_Promo1


הגברת הייצור של דלקים ביולוגיים כמו אתנול יכולה להיות צעד חשוב להפחתת הצריכה העולמית של דלקים מאובנים. עם זאת, ייצור אתנול מוגבל במידה רבה בשל הסתמכותו על תירס, שאינו גדל בכמויות גדולות מספיק בכדי להוות חלק נכבד מצרכי הדלק בארה"ב.

כדי לנסות להרחיב את ההשפעה הפוטנציאלית של דלקים ביולוגיים, צוות מהנדסי MIT מצא כעת דרך להרחיב את השימוש במגוון רחב יותר של חומרי גלם שאינם מזון לייצור דלקים כאלה. נכון לעכשיו, קשה להשתמש במאגרי מזון כמו קש וצמחי עצים לייצור דלק ביולוגי מכיוון שיש צורך לפרק אותם תחילה לסוכרים מותססים, תהליך המשחרר תוצרי לוואי רבים ורעילים לשמרים, החיידקים הנפוצים ביותר לייצור דלק ביולוגי .

חוקרי ה- MIT פיתחו דרך לעקוף את הרעילות ההיא, מה שהופך את האפשרי לשימוש במקורות הנמצאים בשפע הרבה יותר לייצור דלקים ביולוגיים. הם גם הראו כי ניתן לעצב סובלנות זו לזני שמרים המשמשים לייצור כימיקלים אחרים, מה שעלול לאפשר שימוש בחומר צמחי עץ "תאית" כמקור לייצור ביו דיזל או ביו פלסטיק.

"מה שאנחנו באמת רוצים לעשות זה לפתוח חומרי גלם לתא כמעט לכל מוצר ולנצל את השפע העצום שמציע תאית", אומר פליקס לאם, חבר במחקר MIT והמחבר הראשי של המחקר החדש.

גרגורי סטפנופולוס, פרופסור וילארד הנרי דאו להנדסה כימית, וג'רלד פינק, פרופסור מרגרט והרמן סוקול במכון וייטהד למחקר ביו-רפואי והפרופסור לגנטיקה באגודה האמריקאית לסרטן במחלקה לביולוגיה של MIT, הם המחברים הבכירים של העיתון. , שמופיע היום ב התקדמות המדע.

הגברת הסובלנות

נכון לעכשיו, כ -40% מקציר התירס האמריקני עובר לאתנול. תירס הוא בעיקר יבול מזון הדורש הרבה מים ודישון, ולכן חומר צמחי המכונה ביומסה תאית נחשב למקור אטרקטיבי ולא מתחרה לדלקים וכימיקלים מתחדשים. ביומסה זו, הכוללת סוגים רבים של קש, וחלקים מצמח התירס אשר בדרך כלל אינם בשימוש, עשויים להסתכם ביותר ממיליארד טונות של חומר בשנה, על פי מחקר של משרד האנרגיה האמריקני – מספיק כדי להחליף 30 עד 50 אחוז מהנפט המשמש לתחבורה.

עם זאת, שני מכשולים עיקריים לשימוש בביומסה תאית הם כי ראשית יש לשחרר את התאית מהליגנין העצי, ואז יש לפרק את התאית לסוכרים פשוטים בהם השמרים יכולים להשתמש. העיבוד המוקדם האגרסיבי הדרוש מייצר תרכובות הנקראות אלדהידים, אשר מגיבות מאוד ויכולות להרוג תאי שמרים.

כדי להתגבר על כך, צוות MIT בנה על טכניקה שפיתחו לפני מספר שנים כדי לשפר את הסובלנות של תאי השמרים למגוון רחב של אלכוהולים, שגם הם רעילים לשמרים בכמויות גדולות. במחקר זה הם הראו כי ספיקת הביו-ריאקטור בתרכובות ספציפיות המחזקות את קרום השמרים סייעה לשמרים לשרוד זמן רב יותר בריכוזים גבוהים של אתנול. באמצעות גישה זו הם הצליחו לשפר את תפוקת אתנול הדלק המסורתית של זן שמרים בעל ביצועים גבוהים בכ- 80 אחוז.

במחקר החדש שלהם, החוקרים תכננו שמרים כך שיוכלו להמיר את אלדהידים של תאי לוואי תאיים לאלכוהולים, מה שמאפשר להם לנצל את אסטרטגיית סובלנות האלכוהול שכבר פיתחו. הם בדקו כמה אנזימים המופיעים באופן טבעי המבצעים תגובה זו, מכמה מיני שמרים וזיהו אחד שעובד בצורה הטובה ביותר. ואז הם השתמשו באבולוציה מכוונת כדי לשפר אותה עוד יותר.

"אנזים זה ממיר אלדהידים לאלכוהולים, והראינו שניתן להפוך את השמרים לסובלניים הרבה יותר מאלכוהולים כמחלק מאשר לאלדהידים, בשיטות האחרות שפיתחנו", אומר סטפנופולוס.

שמרים בדרך כלל אינם יעילים במיוחד בייצור אתנול מחומרי מזון תאיים רעילים; עם זאת, כאשר החוקרים ביטאו את האנזים בעל הביצועים הטובים ביותר וחידדו את הכור עם התוספים המחזקים את הממברנה, הזן יותר משלש את ייצור האתנול התאית שלו לרמות התואמות אתנול תירס מסורתי.

חומרי הזנה בשפע

החוקרים הוכיחו כי הם יכולים להשיג תשואות גבוהות של אתנול עם חמישה סוגים שונים של חומרי מזון תאית, כולל עשב מתג, קש חיטה ותנור תירס (העלים, הגבעולים והקליפות שנותרו אחרי קצירת התירס).

"עם הזן המהונדס שלנו, אתה יכול להשיג תסיסה מרבית של תאית מכל חומרי המזון האלה שלרוב רעילים מאוד", אומר לאם. "הדבר הנהדר בזה הוא שלא משנה אם אולי בעונה אחת שאריות התירס שלך לא כל כך נהדרות. אתה יכול לעבור לקשיות אנרגיה, או אם אין לך זמינות גבוהה של קש, אתה יכול לעבור לסוג כלשהו. משאריות עיסה ועצי. "

החוקרים גם הנדסו את אנזים האלדהיד לאתנול שלהם לזן שמרים שתוכנן לייצור חומצת חלב, מבשר לביו-פלסטיקה. כפי שהיה עם אתנול, זן זה הצליח לייצר את אותה התשואה של חומצת חלב מחומרים תאיים כמו של תירס.

מהפגנה זו עולה כי ניתן יהיה לבצע מהנדס סובלנות לאלדהיד לזני שמרים המייצרים מוצרים אחרים כגון סולר. לביו-דיזל עלולה להיות השפעה גדולה על תעשיות כמו הובלות כבדות, ספנות או תעופה, אשר חסרות אלטרנטיבה נטולת פליטה כמו חישמול ודורשות כמויות אדירות של דלק מאובנים.

"עכשיו יש לנו מודול סובלנות שתוכל להבריח כמעט לכל סוג של מסלול ייצור," אומר סטפנופולוס. "המטרה שלנו היא להרחיב את הטכנולוגיה הזו לאורגניזמים אחרים שמתאימים יותר לייצור דלקים כבדים אלה, כמו שמנים, סולר ודלק סילוני."

המחקר מומן על ידי משרד האנרגיה האמריקני והמכונים הלאומיים לבריאות.

.



קישור לכתבת המקור – 2021-06-25 22:56:29

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר