Преобразованные кишечные палочки научились напрямую конвертировать бурые водоросли в этанол, притом с хорошей эффективностью. В перспективе это достижение позволит перенести задачу получения сырья для биотоплива от наземных ферм к морским.

Исследователи из калифорнийской компании Bio Architecture Lab научили бактерии преобразовывать нужным людям образом полисахарид альгиновую кислоту (альгинат), в большом количестве содержащийся в водорослях.

Рис. 1. Cтатья в Science, посвящённая новой
работе, удостоилась обложки номера.

Как передаёт Green Car Congress, используемые сейчас в промышленности микробы не могут усваивать это вещество. А ведь около 60% сухой биомассы водорослей — это различные сахара, и при этом более половины из них – тот самый альгинат.

Первый кусок мозаики генетики получили от некой бактерии из рода Pseudoalteromonas. Заимствованные у неё гены отвечают за сборку фермента альгинат-лиазы, расщепляющего полисахарид на несколько частей — олигомеров.

Генетически модифицированная бактерия выделяет этот фермент на своей поверхности. Здесь происходит первый этап усвоения водорослей.

Дальше биологи из Bio Architecture Lab воспользовались собственным открытием. Они идентифицировали у вибриона Vibrio splendidus солидный фрагмент ДНК длиной 36 тысяч пар оснований, который отвечает за синтез ферментов, необходимых для транспорта и метаболизма данных олигомеров.

Новые ферменты помогают преобразованному микробу переправить разрозненные кусочки бывшего полисахарида внутрь клетки.

Другие гены от V. splendidus заставляют клетку выполнить целую цепь химических реакций. И как финальный штрих – ещё заимствованные гены, на этот раз от бактерии Zymomonas mobilis. Они окончательно превращают промежуточные вещества в этанол.

Рис. 2. Для любителей покопаться в деталях приводим цепочку превращений, выполняемых трудолюбивой бактерией (иллюстрация Adam J. Wargacki et al./ Science).

Авторы работы сообщают, что выход спирта по весу составил 0,281 от массы сухих водорослей и что это эквивалентно примерно 80% от максимального теоретического производства этанола из сахара, содержащегося в макроводорослях.

Команда отмечает, что бурые водоросли не содержат лигнин, а потому их сахара могут быть освобождены при помощи простой перемолки биомассы. Ещё плюс — культивирование водорослей не требует пахотных земель, удобрений, пресной воды и не ставит людей перед дилеммой – отдавать выращенные растения на топливо или использовать как пищу.

Исходя из возможного темпа роста водорослей и КПД преобразования их в жидкое топливо, авторы технологии оценивают возможную производительность морских ферм как 19 тысяч литров этанола с гектара в год. А это примерно вдвое больше, чем соответствующий показатель для сахарного тростника, и в 5 раз выше, чем у кукурузы.