Ғалымдар биоинженерлік бактериялар жаңартылатын энергиядан үнемді химиялық заттарды/полимерлерді жасай алатын жаңа технологияны көрсетті. зауыт көздері
Лигнин барлық құрғақ өсімдіктердің жасуша қабырғасының құрамдас бөлігі болып табылатын материал. Бұл целлюлозадан кейінгі екінші табиғи полимер. Бұл материал көмірсулардан тұрмайтын өсімдіктерде кездесетін жалғыз полимер (қант) мономерлер. Лигноцеллюлоза биополимерлері өсімдіктерге пішінді, тұрақтылықты, беріктік пен қаттылықты береді. Лигноцеллюлоза биополимерлері үш негізгі құрамдас бөліктен тұрады: целлюлоза және гемицеллюлоза жасуша қабырғасын қатайтатын қосқыштың бір түрі ретінде лигнинді біріктіретін құрылымды құрайды. Жасуша қабырғасының лигнификациясы өсімдіктерді желге және зиянкестерге төзімді етеді және олардың шіріп кетуіне көмектеседі. Лигнин - энергияның үлкен, бірақ өте аз пайдаланылған жаңартылатын ресурсы. Лигноцеллюлоза биомассасының 30 пайызын құрайтын лигнин, кем дегенде, химиялық тұрғыдан алғанда, пайдаланылмаған қазына болып табылады. Химия өнеркәсібі негізінен бояу, жасанды талшықтар, тыңайтқыштар және ең бастысы пластик сияқты әртүрлі өнімдерді жасау үшін көміртекті қосылыстарға тәуелді. Бұл сала өсімдік майы, крахмал, целлюлоза және т.б. сияқты жаңартылатын ресурстарды пайдаланады, бірақ бұл барлық қосылыстардың тек 13 пайызын құрайды.
Лигнин, өнім жасау үшін мұнайға перспективалы балама
Шын мәнінде, лигнин көптеген хош иісті қосылыстарды қамтитын жердегі жаңартылатын жалғыз және жалғыз көзі болып табылады. Бұл өте маңызды, өйткені хош иісті қосылыстар әдетте қалпына келмейтін мұнай көздерінен алынады, содан кейін оны өндіру үшін пайдаланылады. пластмассалар, бояулар және т.б. Осылайша, лигниннің потенциалы өте жоғары. Қайталанбайтын қазба отын болып табылатын мұнаймен салыстырғанда лигноцеллюлозалар мыналардан алынады: орманЖаңартылатын көздер болып табылатын сабан немесе мискантус. Лигнинді егістіктерде және ормандарда өсіруге болады және әдетте климатқа бейтарап. Лигноцеллюлоза соңғы бірнеше онжылдықта мұнайға маңызды балама ретінде қарастырылуда. Мұнай қазіргі уақытта химия өнеркәсібін басқарады. Мұнай көптеген негізгі химиялық заттардың шикізаты болып табылады, олар кейіннен пайдалы өнімдерді өндіру үшін қолданылады. Бірақ мұнай жаңартылмайтын көз болып табылады және азайып барады, сондықтан жаңартылатын көздерді іздеуге назар аудару керек. Бұл лигнинді суретке әкеледі, өйткені өте перспективалы балама болып көрінеді.
Лигнин жоғары энергияға толы, бірақ бұл энергияны алу күрделі және қымбат процесс, сондықтан тіпті биоотын өндіріледі, өйткені түпкілікті нәтиже әдетте құны бойынша өте жоғары және қазіргі уақытта қолданылып жүрген «тасымалдау энергиясын» экономикалық тұрғыдан алмастыра алмайды. Лигнинді ыдыратудың және оны құнды химиялық заттарға айналдырудың үнемді жолдарын әзірлеу үшін көптеген тәсілдер зерттелді. Дегенмен, бірнеше шектеулер лигнин сияқты сенсорлық өсімдік заттарын балама энергия көзі ретінде пайдалануға немесе тіпті оны үнемді етуге тырысуға шектеу қойды. Жақында жүргізілген зерттеу бактерияларды (E. Coli) тиімді және өнімді биоконверсия жасушаларының зауыты ретінде әрекет ету үшін сәтті жобалады. бактерия өседі және өте тез көбейеді және олар қатаң өндірістік процестерге төтеп бере алады. Бұл ақпарат табиғи қолжетімді лигнин деградаторлары туралы түсінікпен біріктірілді. жұмысы жарияланды АҚШ Ұлттық ғылым академиясының материалдары.
Сандия ұлттық зертханаларында доктор Сима Сингх бастаған зерттеушілер тобы лигнинді платформалық химиялық заттарға айналдыру кезінде кездесетін үш негізгі мәселені шешті. Бірінші үлкен кедергі – бұл бактерия E.Coli әдетте конверсияға қажетті ферменттерді шығармайды. Ғалымдар ферменттер жасаудың бұл мәселесін ашыту сақинасына «индукторды» қосу арқылы шешуге бейім. Бұл индукторлар тиімді, бірақ өте қымбат, сондықтан биоөңдеу зауыттары тұжырымдамасына сәйкес келмейді. Зерттеушілер ваниль сияқты лигниннен алынған қосылыс субстрат ретінде, сондай-ақ индуктор ретінде қолданылған тұжырымдаманы сынап көрді. бактерия E.Coli. Бұл қымбат индуктордың қажеттілігін айналып өтеді. Дегенмен, топ анықтағандай, ваниль жақсы таңдау емес еді, әсіресе лигнин ыдырағаннан кейін ваниль көп мөлшерде өндіріледі және ол E.Coli функциясын тежей бастайды, яғни ваниль уыттылық жасай бастайды. Бірақ бұл олар құрастырған кезде олардың пайдасына жұмыс істеді бактерия. Жаңа сценарийде E.Coli үшін улы болып табылатын химиялық зат «лигнинді валоризациялау» күрделі процесін бастау үшін пайдаланылады. Ваниль болғаннан кейін ол ферменттерді белсендіреді және бактериялар ванилинді қажетті химиялық зат болып табылатын катехолға айналдыра бастайды. Сондай-ақ, ванилиннің мөлшері ешқашан улы деңгейге жетпейді, өйткені ол ағымдағы жүйеде автоматты түрде реттеледі. Үшінші және соңғы мәселе тиімділік болды. Түрлендіру жүйесі баяу және пассивті болды, сондықтан зерттеушілер басқа бактериялардан тиімдірек тасымалдаушыларды зерттеп, оларды E. Coli-ге айналдырды, содан кейін процесті жылдам қадағалады. Осындай инновациялық шешімдер арқылы уыттылық пен тиімділік мәселелерін жеңу биоотын өндірісін үнемді процеске айналдыруға көмектеседі. Сондай-ақ, сыртқы индукторды алып тастау және автоматты реттеуді қосу биоотын жасау процесін одан әрі оңтайландыруға мүмкіндік береді.
Лигнин ыдырағаннан кейін ол нейлонға, пластмассаға, фармацевтикалық препараттарға және қазіргі уақытта мұнайдан алынатын басқа да маңызды өнімдерге айналуы мүмкін бағалы платформалық химиялық заттарды беруге немесе дәлірек айтқанда «беруге» қабілетті екені белгілі. - жаңартылатын энергия көзі. Бұл зерттеу биоотын мен биоөндіру үшін үнемді шешімдерді зерттеу және әзірлеу жолындағы қадам ретінде маңызды. Биоинженерлік технологияны пайдалана отырып, біз тек бактериялық E.Coli ғана емес, сонымен қатар басқа микробтар иелерімен бірге платформалық химиялық заттарды және бірнеше басқа жаңа соңғы өнімдерді көп мөлшерде өндіре аламыз. Авторлардың болашақ зерттеулері осы өнімдердің үнемді өндірісін көрсетуге бағытталған. Бұл зерттеу энергия өндіру процестеріне және жасыл өнімдердің мүмкіндіктерін кеңейтуге үлкен әсер етеді. Авторлар жақын болашақта лигноцеллюлоза мұнайды алмастырмаса, оны толықтыруы керек екенін айтады.
***
Дерек көздері
Ву В және т.б. 2018. Лигнинді валоризациялаудың авторегулярлық жүйесі бар E. coli инженериясына қарай', Ұлттық ғылым академиясының еңбектері. 115(12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
***
 monomers.){kind=link}