Ученые нашли более дешевый и эффективный способ проведения химической реакции в основе многих биологических процессов, что может привести к лучшим способам создания биотоплива из растений.

Ученые во всем мире уже много лет пытаются создать биотопливо и другие биопродукты дешевле; это исследование, опубликованное сегодня в журнале Scientific Reports, предполагает, что это возможно.

"Процесс превращения сахара в спирт должен быть очень эффективным, если вы хотите, чтобы конечный продукт был конкурентоспособен с ископаемым топливом", - сказал Венкат Гопалан, старший автор статьи и профессор химии и биохимии в Университете штата Огайо. "Процесс, как это сделать, хорошо налажен, но стоимость делает его неконкурентоспособным, даже при значительных государственных субсидиях. Эта новая разработка, вероятно, поможет снизить стоимость."

В основе их открытия лежит менее дорогостоящий и более простой метод создания "молекул-помощников", которые позволяют превращать углерод в клетках в энергию. Этими молекулами-помощниками (которые химики называют кофакторами) являются никотинамидадениндинуклеотид (НАДН) и его производное (НАДФН). Эти кофакторы в их восстановленных формах давно известны как ключевая часть превращения сахара из растений в бутанол или этанол для топлива. Оба кофактора также играют важную роль в замедлении метаболизма раковых клеток и являются мишенью лечения некоторых видов рака.

"Если вы сможете сократить себестоимость производства вдвое, это сделает биотопливо очень привлекательной добавкой к гибкому топливу с бензином", - сказал Виш Субраманиам, старший автор статьи и недавно вышедший на пенсию профессор инженерного дела в штате Огайо. - Бутанол часто не используется в качестве добавки, потому что он недешев. Но если бы вы могли сделать это дешево, внезапно исчисление изменилось бы. Вы могли бы сократить стоимость бутанола вдвое, потому что стоимость связана с использованием этого кофактора."

Чтобы создать эти восстановленные кофакторы в лаборатории, исследователи построили электрод, наслаивая никель и медь, два недорогих элемента. Этот электрод позволил им воссоздать НАДН и НАДФН из их соответствующих окисленных форм. В лаборатории исследователи смогли использовать NADPH в качестве кофактора при производстве спирта из другой молекулы, тест, который они сделали намеренно, чтобы показать, что электрод, который они построили, может помочь преобразовать биомассу—растительные клетки—в биотопливо. Эта работа была выполнена Джонатаном Кадоваки и Трэвисом Джонсом, двумя аспирантами по механике и аэрокосмической технике в лаборатории Субраманиама, и Аниндитой Сенгуптой, аспирантом в лаборатории Гопалана.

Но поскольку NADH и NADPH лежат в основе многих процессов преобразования энергии внутри клеток, это открытие может помочь другим синтетическим приложениям.

Предыдущая работа Субраманиама показала, что электромагнитные поля могут замедлять распространение некоторых видов рака молочной железы. Он ушел в отставку из штата Огайо 31 декабря.

Это открытие связано, сказал он: возможно, ученые смогут более легко и доступно контролировать поток электронов в некоторых раковых клетках, потенциально замедляя их рост и способность к метастазированию.

Субраманиам также провел большую часть своей дальнейшей научной карьеры, исследуя, могут ли ученые создать синтетическое растение, которое использовало бы энергию солнца для преобразования углекислого газа в кислород. В достаточно больших масштабах, по его мнению, такое создание потенциально могло бы уменьшить количество углекислого газа в атмосфере и помочь решить проблему изменения климата.

-Меня всегда интересовал вопрос: "Можем ли мы создать синтетическое растение? Можем ли мы сделать что-то, что может решить эту проблему глобального потепления с помощью углекислого газа?" - сказал Субраманиам. "Если это непрактично делать с растениями, потому что мы продолжаем уничтожать их через вырубку лесов, есть ли другие неорганические способы сделать это?"

Это открытие может стать шагом к достижению этой цели: растения используют NADPH для превращения углекислого газа в сахара, которые в конечном итоге становятся кислородом благодаря фотосинтезу. Сделав NADPH более доступным и доступным, можно было бы получить искусственную реакцию фотосинтеза.

Но его наиболее вероятное и самое непосредственное применение - это биотопливо.

То, что исследователи собрались вместе для этого научного исследования, было редкостью: биохимики и инженеры не часто проводят совместные лабораторные исследования.

Гопалан и Субраманиам встретились на мозговом штурме, организованном Центром прикладных наук о растениях штата Огайо (CAPS), где им было предложено подумать об "идеях большого неба", которые могли бы помочь решить некоторые из самых больших проблем общества. Субраманиам рассказал Гопалану о своей работе с электродами и клетками: "и следующее, что мы узнали, мы обсуждали этот проект", - сказал Гопалан. - Мы, конечно, не разговаривали бы друг с другом, если бы не мастерская шапок."

ИСТОЧНИК