Производство биотоплива бактериями из не пищевого сырья

Спрос на целлюлозное биотопливо растет. Однако его производство, особенно целлюлозного бутанола, затрудняется отсутствием сильнодействующих микробов, способных превращать целлюлозную биомассу в биотопливо

Инженеры обнаружили, что встречающаяся в природе бактерия Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum TG57 может напрямую преобразовывать целлюлозу, материал растительного происхождения, в биобутанол. Впервые штамм TG57 был обнаружен в 2015 году.

«Производство биотоплива с использованием не пищевого сырья может повысить устойчивость и значительно снизить затраты. В исследовании продемонстрирован метод прямого превращения целлюлозы в биобутанол с использованием нового штамма TG57. Это крупный прорыв в области метаболической инженерии, который станет фундаментальной вехой в устойчивом и экономически эффективном производстве возобновляемого биотоплива и химикатов».

Штамм TG57 демонстрирует значительные успехи, в том числе уникальные гены, ответственные за новый способ синтеза бутирата, отсутствие угнетения катаболита углерода и отсутствие генов, ответственных за синтез ацетона (что наблюдается в качестве основного побочного продукта в большинстве известных сегодня штаммов Clostridium).

Традиционное биотопливо производится из пищевых культур. Это дорогостоящий подход, создающий конкуренцию производству продуктов питания в области использования земли, воды, энергии и других экологических ресурсов.

Многие специалисты считают, что биотопливо, произведенное из необработанных целлюлозных материалов, таких как растительная биомасса, сельскохозяйственные, садоводческие и органические отходы, может удовлетворить растущие потребности в энергии без увеличения объемов сжигания ископаемого топлива. Эти целлюлозные материалы присутствуют в изобилии и легко доступны, они экологически чисты и экономически устойчивы.

Среди различных видов биотоплива биобутанол предлагает большие перспективы в качестве заменителя бензина из-за его высокой плотности энергии и превосходных свойств. Он может напрямую заменить бензин в автомобильных двигателях без каких-либо конструктивных изменений. Однако коммерческое производство биобутанола затрудняется отсутствием сильнодействующих микробов, способных превращать целлюлозную биомассу в биотопливо.

Чтобы получить уникальный штамм TG57, исследователи оставили микроорганизмы, с целью их естественного развития в течение более двух лет, в отходах, образующихся при выращивании грибов - отработанном грибном компосте, обычно состоящего из пшеничной соломы и древесных опилок.

Процесс ферментации прост и не требует сложной предварительной обработки или генетической модификации микроорганизмов. Когда добавляется целлюлоза, бактерии просто переваривают ее, производя бутанол в качестве основного продукта.

 

Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.