Научници су показали нову технологију у којој биоинжењеринг бактерије могу да праве исплативе хемикалије/полимере од обновљивих извора биљка Извори
лигнина је материјал који је саставни део ћелијског зида свих биљака на сувом. То је други најзаступљенији природни полимер после целулозе. Овај материјал је једини полимер који се налази у биљкама који није састављен од угљених хидрата (шећер) мономери. Биополимери лигноцелулозе дају биљкама облик, стабилност, снагу и крутост. Биополимери лигноцелулозе састоје се од три главне компоненте: целулозе и хемицелулозе чине оквир у који је лигнин уграђен као нека врста конектора чиме се учвршћује ћелијски зид. Лигнификација ћелијског зида чини биљке отпорним на ветар и штеточине и помаже им од труљења. Лигнин је огроман, али веома недовољно искоришћен обновљиви извор енергије. Лигнин који представља до 30 процената биомасе лигноцелулозе је неискоришћено благо – барем са хемијске тачке гледишта. Хемијска индустрија највише зависи од угљеничних једињења за стварање различитих производа као што су боје, вештачка влакна, ђубрива и што је најважније пластика. Ова индустрија користи неке обновљиве ресурсе као што су биљно уље, скроб, целулоза итд., али то чини само 13 процената свих једињења.
Лигнин, обећавајућа алтернатива нафти за производњу производа
У ствари, лигнин је једини и једини извор обновљивих извора на земљи који садржи велики број ароматичних једињења. Ово је важно јер се ароматична једињења генерално екстрахују из необновљивог извора нафте, а затим се користе за производњу пластике, боје итд. Дакле, потенцијал лигнина је веома висок. У поређењу са нафтом која је необновљиво фосилно гориво, лигноцелулозе се добијају из дрва, слама или мискантус који су обновљиви извори. Лигнин се може узгајати на пољима и шумама и углавном је неутралан према клими. Лигноцелулоза се последњих деценија сматра озбиљном алтернативом нафти. Нафта тренутно покреће хемијску индустрију. Нафта је сировина за многе основне хемикалије које се затим користе за производњу корисних производа. Али нафта је необновљив извор и све је мање, стога се треба фокусирати на проналажење обновљивих извора. Ово доводи лигнин у слику јер се чини да је алтернатива која обећава.
Лигнин је пун велике енергије, али добијање ове енергије је компликован и скуп процес, па чак и произведено биогориво, јер је крајњи резултат генерално веома скуп и не може економски да замени „транспортну енергију“ која се тренутно користи. Истражени су многи приступи за развој исплативих начина разградње лигнина и његовог претварања у вредне хемикалије. Међутим, неколико ограничења је ограничило претварање материје биљне додирне материје као што је лигнин да се користи као алтернативни извор енергије или чак покушај да се учини исплативијом. Недавна студија је успешно конструисала бактерије (Е. Цоли) да делују као ефикасна и продуктивна фабрика ћелија за биоконверзију. Бактерије расту и множе се веома брзо и у стању су да издрже оштре индустријске процесе. Ове информације су комбиноване са разумевањем природно доступних деградатора лигнина. Рад је објављен у Зборник радова Националне академије наука САД.
Тим истраживача на челу са др Сеемом Сингхом из Сандиа Натионал Лабораториес решио је три главна проблема на која се сусрећу при претварању лигнина у хемикалије платформе. Прва велика препрека је то бактерије Е.Цоли генерално не производи ензиме који су потребни за конверзију. Научници теже да реше овај проблем стварања ензима додавањем „индуктора“ у ферментациони прстен. Ови индуктори су ефикасни, али су веома скупи и стога се не уклапају добро у концепт биорафинерија. Истраживачи су испробали концепт у којем је једињење изведено из лигнина попут ванилије коришћено као супстрат као и индуктор тако што је конструисао бактерије Е.Цоли. Ово би заобишло потребу за скупим индуктором. Мада, како је група открила, ванилија није била добар избор, посебно јер када се лигнин разгради, ванилија се производи у великим количинама и почиње да инхибира функцију Е.Цоли, односно ванила почиње да ствара токсичност. Али ово је ишло у њихову корист када су пројектовали бактерије. У новом сценарију, хемикалија која је токсична за Е.Цоли се користи за покретање сложеног процеса „валоризације лигнина“. Када је ванила присутна, она активира ензиме и бактерије почињу да претварају ванилин у катехол, што је жељена хемикалија. Такође, количина ванилина никада не достиже токсични ниво јер се аутоматски регулише у тренутном систему. Трећи и последњи проблем је био ефикасност. Систем конверзије је био спор и пасиван, тако да су истраживачи истраживали ефикасније транспортере из других бактерија и конструисали их у Е. Цоли која је затим брзо пратила процес. Превазилажење проблема токсичности и ефикасности оваквим иновативним решењима може помоћи да производња биогорива постане економичнији процес. А, уклањање спољашњег индуктора заједно са уградњом ауторегулације може додатно оптимизовати процес производње биогорива.
Добро је познато да када се лигнин разгради, он има способност да обезбеди или боље речено „поклони“ вредне хемикалије платформе које се затим могу претворити у најлон, пластику, фармацеутске производе и друге важне производе који се тренутно добијају из нафте, која није -обновљиви извор енергије. Ова студија је релевантна као корак ка истраживању и развоју исплативих решења за биогориво и биопроизводњу. Користећи технологију биоинжењеринга можемо произвести веће количине хемикалија платформе и неколико других нових крајњих производа, не само са бактеријском Е.Цоли већ и са другим микробним домаћинима. Будућа истраживања аутора ће се фокусирати на показивање економичне производње ових производа. Ово истраживање има огроман утицај на процесе производње енергије и проширење спектра могућности за зелене производе. Аутори примећују да би у блиској будућности лигноцелулоза дефинитивно требало да допуни нафту ако не и да је замени.
***
Извор (и)
Ву В ет ал. 2018. Ка инжењерству Е. цоли са ауторегулационим системом за валоризацију лигнина', Зборник Националне академије наука. 115(12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
***
 monomers.){kind=link}