Особый светозависимый фермент, который был впервые обнаружен около трех лет назад, является центральным звеном в новом научном открытии, позволяющем производить высокодоходное капельное биотопливо из биомассы.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, инженеры из Орхусского университета и Массачусетского технологического института доказали, что первоначальное предположение о ферментативном процессе превращения биомассы в биотопливо на самом деле неверно.

Полученные результаты позволили исследователям успешно биосинтезировать зеленое топливо на уровне, близком к промышленно значимому уровню 1,47 грамма на литр глюкозы.

Светозависимый фермент, который происходит из микроводорослей, имеет особую характеристику, что он может декарбоксилировать жирные кислоты в алканы (таким образом, превращая целлюлозную биомассу в капельное биотопливо), используя синий свет в качестве единственного источника энергии.

Исследователи искусственно вводят фермент в клетки маслянистых дрожжей Yarrowia Lipolytica, тем самым улучшая их метаболизм. Дрожжи синтезируют глюкозу, происходящую из биомассы, в липиды (в частности, молекулы свободных жирных кислот и жирных ацил-Коа), которые затем превращаются в алканы ферментом в метаболической реакции, называемой фотодекарбоксилазой жирных кислот—короче говоря, ФАП.

Но с момента открытия фермента предполагалось, что свободные жирные кислоты являются предпочтительным реагентом фермента в процессе ФАП; что обилие свободных жирных кислот приведет к более высокому выходу биотоплива.

Однако это предположение неверно.

"В нашем исследовании мы доказали, что жирный ацил-Коа—а не свободная жирная кислота-является предпочтительным реагентом для светозависимого фермента. Это открытие было успешно использовано в нашем исследовании для метаболизма 89 процентов жирного ацил-Коа в алканы, достигая титров 1,47 г / л из глюкозы", - говорит Бекир Энгин эсер, доцент Орхусского университета.

Преобладающее производство капельного топлива на основе олеохимии сегодня производится путем преобразования "обычных" олеохимических веществ, таких как растительные масла, отработанные кулинарные масла, жир и другие липиды, в углеводороды (в основном алканы) с использованием энергоемких методов химической обработки.

Однако поиск больших количеств более или менее устойчивого липидного сырья при достаточно низких затратах, чтобы привести к прибыльному сокращению производства биотоплива, остается проблемой, которая серьезно ограничивает расширение этой производственной платформы. Кроме того, это производство конкурирует с поставками продовольствия.

Биосинтез представляет собой дешевое и устойчивое решение, где производство вместо этого основано на преобразовании целлюлозной биомассы—самого богатого возобновляемого природного биологического ресурса, доступного на Земле.

Однако биологический синтез алканов из жирных кислот не является нативным, предпочтительным метаболическим путем для дрожжей, поскольку алканы токсичны для их клеток. Поэтому исследователи используют для этой цели специальные способности ферментов и кодируют соответствующие гены в клетках дрожжей.

Новое открытие является возможным прорывом в биосинтезе капельного топлива, поскольку исследователи-впервые в истории используя этот процесс—использовали новые знания для синтеза зеленого топлива на уровне, который имеет отношение к будущему промышленному производству:

"Предыдущие исследования метаболической инженерии были нацелены на максимизацию концентрации свободных жирных кислот в клетках, которые проектируются. Но теперь, с этим открытием, мы знаем, что именно жирный ацил-Коа должен быть максимизирован. Это важная новость для применения в синтетической биологии, и теперь мы можем начать максимизировать поток жирного ацил-коа в этот инженерный метаболический путь, чтобы достичь еще более высоких титров в будущем", - говорит доцент Чжэн го из Орхусского университета.

ИСТОЧНИК