Команда учёных из Корейского института науки и технологий (KAIST) во главе с заслуженным профессором кафедры химической и биомолекулярной инженерии Санъ Юп Ли (Sang Yup Lee) разработала новый способ производства бензина с помощью бактерий E.coli.

На протяжении многих десятилетий человечество полагалось на ископаемые ресурсы для производства жидкого топлива, такого как бензин и дизельное топливо. Но с неуклонным ростом числа экологических катастроф приходит осознание того, что ископаемые ресурсы следует заменить на произведённые в лаборатории. Вероятно, это не решит большинства проблем (к примеру, такое производство будет очень дорогостоящим), зато вред, нанесённый природе, значительно снизится.

Ранее мы сообщали о команде синтетических биологов из университета Эксетера, которые генетически модифицировали штамм кишечной палочки таким образом, что продуктом её жизнедеятельности стало дизельное топливо. После этого исследователи занялись изучением вопроса, способна ли E. coli производить линейные алканы с короткой цепью, способные заменить бензин.

Рис. 1. Кишечные палочки стали производителями альтернативных видов топлива (фото Wikimedia Commons).

Бензин получают из нефти и используют в качестве топлива для транспорта намного чаще, чем любые другие виды топлива. Он представляет собой горючую смесь из углеводородов, добавок и прочих компонентов. Углеводороды, входящие в состав бензина, являются ациклическими органическими соединениями — алканами, состоящими только из атомов углерода и водорода. Эти соединения имеют линейную или разветвлённую структуру, состоящую из 4–12 атомов углерода, соединённых связями углерод-углерод.

Предыдущие исследования показали, что

кишечная палочка потенциально способна производить длинноцепочечные алканы, состоящие из 13–17 атомов углерода, которые могут заменить дизельное топливо. Но производство короткоцепочечных алканов кишечная палочка ранее не демонстрировала.

Команда учёных из Корейского института науки и технологий (KAIST) во главе с заслуженным профессором кафедры химической и биомолекулярной инженерии Санъ Юп Ли (Sang Yup Lee) разработала новый способ производства бензина с помощью бактерий E.coli.

Рис. 2. Алканы представляют собой ациклические углеводороды с линейной или разветвлённой структурой (иллюстрация Wikimedia Commons).

Исследователи скорректировали метаболизм бактерий таким образом, чтобы они производили производные продукты жирных кислот, которые короче по своей структуре, чем обычные внутриклеточные метаболиты жирных кислот. Таким образом они стали авторами новой синтетической методики биосинтеза короткоцепочечных алканов.

Это позволило учёным создать первый в мире штамм кишечной палочки, буквально способный производить бензин. К тому же, по словам авторов методики, микробов можно «запрограммировать» на создание и других химических соединений, таких как короткоцепочечные жирные сложные эфиры и короткоцепочечные жирные спирты.

В своей статье, опубликованной в журнале Nature, корейские исследователи описали подробные стратегии для сортировки ферментов связанных с производством и жирных кислот, организации этих ферментов и жирных кислот для направления углеродного потока таким образом, чтобы они образовывали короткоцепочечные жирные кислоты и преобразования короткоцепочечных жирных кислот в соответствующие им алканы для дальнейшего получения бензина.

Рис. 3. На диаграмме показана схема метаболической инженерии кишечной палочки для производства короткоцепочечных алканов (иллюстрация KAIST).

К тому же, в рамках эксперимента учёные также получили сложные эфиры и спирты, путём введения соответствующих ферментов в тот же первоначальный штамм кишечной палочки.

«Мы только начинаем работу над устойчивым производством бензина из кишечной палочки. Титр пока ещё очень низкий из-за низкого метаболического потока по формированию короткоцепочечных жирных кислот и их производных. Сейчас мы занимаемся увеличением титра и, соответственно, продуктивности и эффективности нашей методики», — рассказывает Санъ Юп Ли в пресс-релизе.

Основной целью работы исследовательской группы является создание максимального числа методик, позволяющих путём изменения метаболизма микроорганизмов, создавать новые производства топлива и химических веществ из возобновляемых ресурсов.