Atklājumi.lv

No modificētām cianobaktērijām ražos biodegvielu

Cianobaktērijas, plašākai sabiedrībai pazīstamas ar zilaļģu vārdu, ir pasaules jūrās un saldūdens tilpnēs sastopami mikroorganismi, kas spēlē nozīmīgu lomu slāpekļa ciklā, pārveidojot atmosfērā esošo gāzveida slāpekli, augu barībai piemērotās amonija vai nitrātu formās. Daudzas to sugas ir potenciāli toksiskas un masveidā savairojoties kādā no peldvietām, cianobaktērijas var radīt apdraudējumu gan neapdomīgiem atpūtniekiem, gan pastāvīgiem šo ūdenstilpņu iemītniekiem. Tomēr izrādās, ka zilaļģes var būt noderīgas ne tikai kā organiskā slāpekļa piesaistītājas, bet arī kā lētas un videi draudzīgas enerģijas avots - Arizonas (ASV) Valsts universitātes pētnieki Xinyao Liu un Roja Kērtisa vadībā modificējuši cianobaktērijas, panākot, ka mikroorganismi burtiski izdala degvielu no saviem ķermeņiem.

Šobrīd eksperimentālai mikroorganismu cilmes biodegvielas iegūšanai visplašāk tiek izmantotas triacilglicerolus sintezējošas aļģes un Escherichia coli baktērijas. Aļģes kultivē, tad savāc, žāvē un no iegūtā substrāta ar reducējošu šķīdumu palīdzību nodala taukskābes. Šis process parasti ir sarežģīts, energoietilpīgs un atstāj zināmu negatīvu iespaidu (ekoloģisko nospiedumu) uz apkārtējo vidi, kopumā radot šaubas par tehnoloģijas lietderību un atbilstību modernas, t.s. III paaudzes "zaļās enerģijas" parasībām. Krietni daudzsološāka ir korporācijas LS9 paspārnē attīstītā, taču vēl izstrādes fāzē esošā tehnoloģija, kas degvielas ražošanai izmanto ģenētiski modificētas E.coli baktērijas.

E.coli, zināmas arī kā zarnu nūjiņas, tika pārveidotas, lai ražotu virsnormas taukskābes, kas caur baktēriju membrānām tiek izdalītas tieši kultivēšanas vidē - ūdenī. Šajā tehnoloģijā baktērijas vairs nav pārstrādājama, katrā ražošanas ciklā no jauna kultivējama biomasa, bet dzīvas, pašatjaunojošās degvielas fabrikas. Tā kā sintezēto taukskābju blīvums ir mazāks nekā ūdenim, to substrāts sakrājas kultūras augšpusē, ir vienkārši savācams un neietekmē baktēriju dzīvības vai ražošanas ciklu.

Tomēr atzīmējams, ka sintēzes procesa nodrošināšanai E.coli baktēriju kultūrā nepieciešams regulāri pievienot glikozi, metanolu, citas barības vielas un enzīmus, kuru iegūšana nav iespējama bez papildu enerģijas patēriņa.

Savukārt Liu un Kērtisa metode, kas detalizēti aprakstīta ASV Zinātņu akadēmijas rakstu krājuma tīmekļa versijas 29.marta numurā publicētā rakstā, minētās problēmas piedāvā risināt, LS9 tehnoloģijā nomainot tās galveno bioloģisko komponeti - E. coli vietā degvielas ražošanai piemērojot ergonomiskāku organismu - cianobaktērijas.

Lai izveidotu dzīvās degvielas ražošanas iekārtas, pētnieki piecos secīgos soļos modificēja cianobaktēriju Synechocystis sp. PCC 6803 gēnus, vispirms panākot taukskābju sintēzes palielināšanos un procesa nepārtrauktību, tad optimizējot to izvadīšanu un visbeidzot, atslēdzot daļu šūnas mazāknozīmīgo funkciju, visu tās enerģiju novirzot degvielas ražošanas ciklam un izdzīvošanai primāri nepieciešamo funkciju nodrošināšanai.

Laboratorijas apstākļos no modificēto cianobaktēriju kultūras zinātniekiem izdevās iegūt līdz pat 133 ± 12 mg/L taukskābju dienā pie šūnu blīvuma 1.5×10^8 šūnas/mL (0. 23 g sausā substrāta uz litru ūdens). Izsakot šos rādītājus rūpnieciskas ieguves mērogos, autori lēš, ka teorētiski no 1 akru (0,4 ha) liela, 20 cm dziļa baseina ar cianobaktēriju kultūru varētu iegūt līdz 6500 galoniem (24570 litru) biodīzeļa gadā.

Lai arī raksts nesniedz salīdzinošus skaitļus, kas ļautu izvērtēt cianobaktēriju proporcionālo atdevi iepretī aļģu un E.coli plantācijās iegūtajiem biodegvielas apjomiem, tomēr pie līdzīgas vai pat mazākas ražības visu varētu izšķirt modificēto cianobaktēriju pašpietiekamība - tām nav nepieciešama energoietilpīga gatavās produkcijas redukcija kā aļģēm vai cukurs un citas barības vielas, kā E.coli. Viss, kas vajadzīgs ir ūdens, CO2 un Saules gaisma.

Kā arizoniešiem veiksies ar tehnoloģijas komercializēšanu, to redzēsim nākotnē. Pagaidām, zinātnieki saka, vēl nepieciešams uzlabot labākos rezultātus uzrādījušos baktēriju celmus un eksperimentāli noskaidrot taukskābju sintēzei vislabvēlīgākos apstākļus.

Avots: www.pnas.org

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.