Сочетание различных микроорганизмов для производства ценных химикатов

Исследователи представили то, что они назвали «лактатной платформой», которая, по сути, представляет собой пространственно разделенный биореактор, позволяющий сосуществовать множеству различных микроорганизмов, каждый из которых участвует в одном из трех этапов переработки лигноцеллюлозы

Осуществляя поиски возобновляемых источников энергии, исследователи предлагают многообещающую замену сырой нефти. Лигноцеллюлоза - биомасса из несъедобных растений, таких как трава, листья и древесина, которые не конкурируют за среду обитания с пищевыми культурами, - имеется в изобилии, возобновляема и представляет собой альтернативную замену сырой нефти в качестве сырья для производства множества химических веществ.

Чтобы получить из лигноцеллюлозы полезные химические вещества, первоначально, чтобы облегчить ее дальнейшую переработку, происходит предварительное измельчение сырья. Затем лигноцеллюлоза подвергается воздействию ферментов, которые ее солюбилизируют, вызывая появление цепочек связанных сахаров (глюкозы). Этот этап может быть выполнен путем добавления к предварительно обработанной лигноцеллюлозе определенных микроорганизмов, которые естественным образом продуцирует необходимые ферменты, расщепляющие целлюлозу, например, грибов.

Ферменты расщепляют целлюлозу и преобразуют ее в сахара, после переработки которых получается ключевое химическое вещество - молочная кислота. Этот второй этап также осуществляется с помощью микроорганизмов, бактерий, которые питаются сахарами и производят молочную кислоту в условиях отсутствия кислорода.

На последнем этапе этой микробиологической сборочной линии молочная кислота преобразуется в целый ряд полезных химических веществ.

Ученые из Бернского университета прикладных наук (BFH), Кембриджского университета и EPFL соединили все этапы процесса в одной установке и продемонстрировали, что технологию преобразования лигноцеллюлозы можно сделать более универсальной и модульной. Подбирая на заключительном этапе обработки молочной кислоты необходимый вид микроорганизмов, можно произвести множество полезных химикатов.

Результаты этого революционного исследования опубликованы в журнале Science, https://doi.org/10.1126/science.abb1214.

Исследователи представили то, что они назвали «лактатной платформой», которая, по сути, представляет собой пространственно разделенный биореактор, позволяющий сосуществовать множеству различных микроорганизмов, каждый из которых участвует в одном из трех этапов переработки лигноцеллюлозы.

Платформа состоит из трубчатой мембраны, через которую проходит определенное количество кислорода. На поверхности этой мембраны можно выращивать грибок, который потребляет весь проходящий через нее кислород, обеспечивая выработку ферментов, которые расщепляют целлюлозу на сахара. На удалении от мембраны и, следовательно, уже в отсутствие кислорода, растут бактерии, которые, потребляя сахара, выделяют молочную кислоту.

Однако уникальность технологии придают процессы, происходящие на последнем этапе. Используя различные микроорганизмы, ферментирующие молочную кислоту, можно производить целый ряд различных полезных химических веществ. Одним из примеров стала масляная кислота, которую можно использовать для производства биопластика и даже топлива для реактивных двигателей.

Проделанная работа демонстрирует преимущества технологии использования смешанных микробных культур при переработке биомассы: модульность и способность превращать сложные субстраты в химические основы для производства различных веществ.

«Результаты, достигнутые с помощью лактатной платформы, наглядно демонстрируют преимущества искусственных микробных сообществ для создания различных продуктов из лигноцеллюлозы». «Возможность использования раздельных технологических процессов в гомогенных биореакторах - это ценный инструмент для сочетания разного типа микроорганизмов в процессе производства химикатов».

Источник: EurekAlert