Искусственная биопленка производит этилен из солнечной энергии

Искусственные биопленки синтезируют этилен до 40 дней с производительностью в 3,5 раза выше, чем немодифицированные бактерии

Этилен - распространенный и востребованный органический химикат. Исследователи из университета Турку разработали тонкослойную искусственную биопленку со встроенными клеточными образованиями из цианобактерий, которые специально модифицировали, чтобы получать этилен экологически чистым способом с помощью фотосинтеза.

Изменение климата, энергопотребление и нехватка природных ресурсов создают серьезные мировые вызовы. Эти факторы понуждают привычную линейную экономику меняться на круговую, которая основана за замкнутом цикле обращения ресурсов и биотехнологиях. Это требует развивать альтернативные подходы, чтобы вырабатывать возобновляемое топливо и химикаты.

Фотосинтезирующие микроорганизмы, такие как цианобактерии и водоросли, способны удовлетворить спрос на возобновляемые источники энергии, чтобы создавать химические вещества и снижать зависимость от ископаемого топлива. Эти микроорганизмы преобразуют солнечную энергию и CO₂ в биомассу и энергоемкие органические соединения. Цианобактерии создают альтернативные методы синтеза веществ как фабрики из живых клеток, которые дают нужные химикаты и топливо.

Этилен - коммерчески привлекательный химикат, мировая потребность в котором превышает 150 миллионов тонн в год. Это основа пластмасс, волокон и других органических материалов.

В генно-модифицированную цианобактерию Synechocystis sp. PCC 6803 включили этилен-образующий фермент (EFE), который извлекли из патогена растений Pseudomonas syringae. По словам исследователей, EFE улучшает свойство цианобактерий синтезировать этилен с помощью солнечной энергии и CO₂ из воздуха.

Повышенная плотность энергии делает этилен привлекательным источником топлива. Этилен получают с помощью парового крекинга ископаемого углеводородного сырья, что приводит к выбросам CO₂. Поэтому так важно искать экологически чистые подходы к синтезу этилена.

Рекомбинантные цианобактерии, которые продуцируют этилен, дают многообещающие результаты, однако производительность фотосинтетических решений промышленного уровня остается недостаточной. Искусственно модифицированные цианобактерии снизят затраты и повысят производительность синтеза химикатов. Немодифицированные цианобактерии преимущественно накапливают биомассу, а не отдают химические продукты.

У цианобактерий гигантская фотосинтетическая «антенна», которая собирает свет и затеняет собственную поверхность: ограничивается распределение света и снижается продуктивность суспензионных культур. Тем не менее, это только часть проблем: клетки синтезируют химические вещества только считанные дни.

Исследователи поместили модифицированные цианобактерии в тонкослойную матрицу из альгинатного природного полимера. Это сильно ограничило рост клеток и увеличило поток фотосинтетических метаболитов. Также повысилась приспособляемость клеток к окружающей среде и улучшилась способность преобразовывать свет.

В результате искусственные биопленки синтезируют этилен до 40 дней с производительностью в 3,5 раза выше, чем немодифицированные бактерии.

Связанная статья журнала Green Chemistry:

https://doi.org/10.1039/D0GC01830A

Источник: University of Turku