Изследователи от Университета в Торонто са установили как определени бактерии могат да бъдат използвани за превръщане на отпадъци в ценни промишлени химикали, които понастоящем се получават предимно от палмово масло.
Откритието може да спомогне за създаването на по-устойчив метод за производство на средноверижни карбоксилни киселини (MCCAs) – група молекули, използвани в козметиката, почистващите продукти, селскостопанските фуражи, антимикробните средства и хранителните добавки.
Днес много от тези химикали се получават от палмово масло. Производството на палмово масло отдавна е обект на критики заради връзките му с обезлесяването, загубата на биоразнообразие и слабата проследимост на веригата за доставки.
Екипът твърди, че бактериалната ферментация може да предложи алтернатива, като превръща хранителните отпадъци и селскостопанските странични продукти в химикали с висока стойност, вместо да разчита на култури.
От отпадъци в суровини
„Химикалите, към които се стремим тук, са известни като средноверижни карбоксилни киселини (MCCAs) или средноверижни мастни киселини (MCFAs)“, казва професор Крис Лоусън, който ръководи проучването.
„Те са с дължина от шест до дванадесет въглеродни атома и се използват в най-различни области: селскостопански фуражи, козметика, антимикробни средства, повърхностно активни вещества и много други. Световният пазар за тях е от порядъка на 3 милиарда долара.“
Изследователите се съсредоточват върху бактериите, удължаващи веригите (CEB). Тези микроорганизми живеят без кислород и могат по естествен път да превръщат органичния материал в полезни киселини чрез ферментация – процес, подобен на този, чрез който маята произвежда алкохол.
Тъй като бактериите могат да се хранят с отпадъчни потоци, а не с рафинирани захари, те могат да намалят разходите, като същевременно ограничат използването на хранителни суровини в конвенционалното биопроизводство.
Примерите, които се проучват, включват битови хранителни отпадъци и странични продукти от преработката на млечни продукти.
Но микробите имат един основен недостатък: те не винаги произвеждат най-ценния продукт.
„Това, което искаме те да произвеждат, е октанова киселина – съединение с осем въглеродни атома, което е една от най-ценните средноверижни мастни киселини (MCFAs), особено защото палмовото масло не съдържа много от нея“, казва Лоусън.
„Но често, когато отглеждаме тези CEB, установяваме, че вместо това те произвеждат по-малко ценна молекула с четири въглеродни атома, наречена бутират.“
Разшифроване на превключвателя на микробите
Новото проучване обяснява какво контролира този превключвател. Изследователите откриват, че съотношението между лактат и ацетат – две съединения, които бактериите консумират – помага да се определи дали микробите произвеждат октанова киселина с по-дълга верига или бутират с по-къса верига.
Те също така идентифицират ролята на ензим, наречен CoA трансфераза, или CoAT, който изглежда разделя бактериите, които могат да произвеждат по-ценни молекули с по-дълги вериги, от тези, които спират при продукти с четири въглеродни атома.
„Това, което показахме, е, че при бактериите, които произвеждат по-дългите молекули, тяхната CoA трансфераза е различна“, казва Лоусън. „Тя може да действа върху прекурсори, които вече са с дължина шест или осем въглеродни атома.“
Резултатите от изследването биха могли да помогнат на инженерите да проектират биореактори, които последователно насочват бактериите към производството на висококачествени продукти, вместо към нискостойностни.
Екипът вече излиза извън рамките на лабораторните открития. В рамките на отделен проект изследователите разработват генетични инструменти, които да стимулират бактериите да произвеждат още по-дълги молекули, и проектират промишлени системи за мащабиране на производството.
Членове на групата също така са стартирали стартъп, SymBL Innovations, за да комерсиализират технологията.
Ако процесът се окаже успешен, той би могъл да предостави на производителите нов източник на етично произведени съставки, като същевременно намали зависимостта от веригите за доставки на продукти на базата на палмово масло.
Проучването беше публикувано в Nature Microbiology.
Източник: InterestingEngineering
