Vedci ukázali novú technológiu, v ktorej bioinžinierske baktérie dokážu vyrobiť nákladovo efektívne chemikálie/polyméry z obnoviteľných zdrojov. rastlina zdroje
lignín je materiál, ktorý je zložkou bunkovej steny všetkých suchozemských rastlín. Je to druhý najrozšírenejší prírodný polymér po celulóze. Tento materiál je jediný polymér nachádzajúci sa v rastlinách, ktorý sa neskladá zo sacharidov (cukor) monoméry. Lignocelulózové biopolyméry poskytujú rastlinám tvar, stabilitu, pevnosť a tuhosť. Lignocelulózové biopolyméry sa skladajú z troch hlavných zložiek: celulóza a hemicelulóza tvoria kostru, do ktorej je začlenený lignín ako druh spojky, čím dochádza k spevneniu bunkovej steny. Lignifikácia bunkovej steny robí rastliny odolnými voči vetru a škodcom a pomáha im pred hnilobou. Lignín je obrovský, ale veľmi málo využívaný obnoviteľný zdroj energie. Lignín, ktorý predstavuje až 30 percent lignocelulózovej biomasy, je nevyužitým pokladom – aspoň z chemického hľadiska. Chemický priemysel závisí väčšinou od zlúčenín uhlíka pri výrobe rôznych produktov, ako sú farby, umelé vlákna, hnojivá a predovšetkým plast. Tento priemysel využíva niektoré obnoviteľné zdroje, ako je rastlinný olej, škrob, celulóza atď., ale to zahŕňa iba 13 percent všetkých zlúčenín.
Lignín, sľubná alternatíva k rope na výrobu produktov
V skutočnosti je lignín jediným obnoviteľným zdrojom na Zemi, ktorý obsahuje veľké množstvo aromatických zlúčenín. Je to dôležité, pretože aromatické zlúčeniny sa vo všeobecnosti extrahujú z ropy z neobnoviteľných zdrojov a potom sa používajú na výrobu plasty, farby atď. Potenciál lignínu je teda veľmi vysoký. V porovnaní s ropou, ktorá je neobnoviteľným fosílnym palivom, sa lignocelulózy získavajú drevo, slama alebo Miscanthus, ktoré sú obnoviteľné zdroje. Lignín sa môže pestovať na poliach a v lesoch a je vo všeobecnosti neutrálny voči klíme. Lignocelulózy sa v posledných desaťročiach považujú za serióznu alternatívu k rope. Ropa v súčasnosti poháňa chemický priemysel. Ropa je surovinou pre mnoho základných chemikálií, ktoré sa potom používajú na výrobu užitočných produktov. Ropa je však neobnoviteľný zdroj a jej ubúda, preto je potrebné zamerať sa na hľadanie obnoviteľných zdrojov. To prináša lignín do obrazu, ktorý sa javí ako veľmi sľubná alternatíva.
Lignín je plný vysokej energie, ale získavanie tejto energie je komplikovaný a nákladný proces, a teda aj generované biopalivo, pretože konečný výsledok je vo všeobecnosti veľmi nákladný a nemôže ekonomicky nahradiť v súčasnosti používanú „dopravnú energiu“. Bolo skúmaných mnoho prístupov na vývoj nákladovo efektívnych spôsobov rozkladu lignínu a jeho premeny na cenné chemikálie. Niekoľko obmedzení však obmedzilo konverziu dotykovej rastlinnej hmoty, ako je lignín, na použitie ako alternatívneho zdroja energie, alebo sa dokonca pokúsili urobiť ju cenovo efektívnejšou. Nedávna štúdia úspešne priviedla baktérie (E. Coli), aby fungovali ako efektívna a produktívna továreň na biokonverziu buniek. Baktérie rastú a množia sa veľmi rýchlo a sú schopné odolať náročným priemyselným procesom. Tieto informácie boli kombinované s pochopením prirodzene dostupných degradátorov lignínu. Dielo vyšlo v r Zborník Národnej akadémie vied USA.
Tím výskumníkov vedený Dr Seemou Singhom v Sandia National Laboratories vyriešil tri hlavné problémy, s ktorými sa stretávame pri premene lignínu na platformové chemikálie. Prvá veľká prekážka je tá baktérie E. coli vo všeobecnosti neprodukuje enzýmy, ktoré sú potrebné na konverziu. Vedci majú tendenciu riešiť tento problém tvorby enzýmov pridaním „induktora“ do fermentačného kruhu. Tieto induktory sú účinné, ale sú veľmi drahé, a preto sa nehodia do koncepcie biorafinérií. Výskumníci vyskúšali koncepciu, v ktorej sa zlúčenina získaná z lignínu, ako je vanilka, použila ako substrát a tiež ako induktor tým, že vytvorili baktérie E.Coli. Tým by sa obišla potreba drahého induktora. Hoci, ako skupina zistila, vanilka nebola dobrou voľbou, najmä preto, že akonáhle sa lignín rozpadne, vanilka sa produkuje vo veľkých množstvách a začína brzdiť funkciu E. Coli, tj vanilka začína vytvárať toxicitu. Ale to fungovalo v ich prospech, keď navrhli baktérie. V novom scenári sa práve chemikália, ktorá je toxická pre E. Coli, používa na spustenie zložitého procesu „zhodnocovania lignínu“. Akonáhle je vanilka prítomná, aktivuje enzýmy a baktérie začnú premieňať vanilín na katechol, čo je požadovaná chemikália. Tiež množstvo vanilínu nikdy nedosiahne toxickú úroveň, pretože sa v súčasnom systéme samoreguluje. Tretím a posledným problémom bola efektivita. Systém konverzie bol pomalý a pasívny, takže výskumníci hľadali efektívnejšie transportéry z iných baktérií a skonštruovali ich do E. Coli, ktoré potom proces rýchlo sledovali. Prekonanie problémov s toxicitou a účinnosťou pomocou takýchto inovatívnych riešení môže pomôcť, aby sa výroba biopalív stala ekonomickejším procesom. A odstránenie externého induktora spolu so zabudovaním autoregulácie môže ďalej optimalizovať proces výroby biopalív.
Je dobre známe, že akonáhle sa lignín rozloží, má schopnosť poskytnúť alebo skôr „udeliť“ cenné základné chemikálie, ktoré sa potom môžu premeniť na nylon, plasty, liečivá a iné dôležité produkty, ktoré sa v súčasnosti získavajú z ropy. - obnoviteľný zdroj energie. Táto štúdia je dôležitá ako krok smerom k výskumu a vývoju nákladovo efektívnych riešení pre biopalivá a bioprodukciu. Pomocou technológie bioinžinierstva dokážeme vyrobiť väčšie množstvá chemických látok a niekoľko ďalších nových konečných produktov, a to nielen s bakteriálnou E. Coli, ale aj s inými mikrobiálnymi hostiteľmi. Budúci výskum autorov sa zameria na preukázanie ekonomickej výroby týchto produktov. Tento výskum má obrovský vplyv na procesy výroby energie a rozšírenie škály možností pre ekologické produkty. Autori poznamenávajú, že lignocelulóza by mala v blízkej budúcnosti definitívne doplniť ropu, ak nie ju nahradiť.
***
Zdroj (e)
Wu W a kol. 2018. Smerom k inžinierstvu E. coli s autoregulačným systémom na zhodnocovanie lignínu“, Zborník Národnej akadémie vied. 115 ods. https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
***
 monomers.){kind=link}