Wetenskaplikes het 'n nuwe tegnologie getoon waarin bio-gemanipuleerde bakterieë koste-effektiewe chemikalieë/polimere van hernubare plant bronne
lignien is 'n materiaal wat 'n bestanddeel van selwande van alle droëlandplante is. Dit is die tweede volopste natuurlike polimeer na sellulose. Hierdie materiaal is die enigste polimeer wat in plante voorkom wat nie uit koolhidrate bestaan nie (suiker) monomere. Lignosellulose biopolimere verskaf vorm, stabiliteit, sterkte en rigiditeit aan plante. Lignosellulose-biopolimere bestaan uit drie hoofkomponente: sellulose en hemisellulose vorm 'n raamwerk waarin lignien as 'n soort verbinder geïnkorporeer word en sodoende die selwand stol. Selwandlignifikasie maak plante bestand teen wind en plae en help hulle om te verrot. Lignien is 'n groot maar baie onderbenutte hernubare energiebron. Lignien wat tot 30 persent van die lignosellulose biomassa verteenwoordig, is 'n onontginde skat – ten minste uit 'n chemiese oogpunt. Die chemiese industrie is hoofsaaklik afhanklik van koolstofverbindings vir die skep van verskillende produkte soos verf, kunsmatige vesels, kunsmis en bowenal plastiek. Hierdie industrie gebruik wel hernubare hulpbronne soos groente-olie, stysel, sellulose, ens. maar dit beslaan slegs 13 persent van alle verbindings.
Lignien, 'n belowende alternatief vir petroleum vir die maak van produkte
Trouens, lignien is die enigste bron van hernubare op aarde wat 'n groot aantal aromatiese verbindings bevat. Dit is van belang omdat aromatiese verbindings oor die algemeen uit die nie-hernubare bron petroleum onttrek word en dan gebruik word om plastiek, verf, ens. Die potensiaal van lignien is dus baie hoog. In vergelyking met petroleum wat 'n nie-hernubare fossielbrandstof is, word lignoselluloses afkomstig van hout, strooi of Miscanthus wat hernubare bronne is. Lignien kan in velde en woude gekweek word en is oor die algemeen neutraal teenoor die klimaat. Lignocelluloses word die afgelope paar dekades as 'n ernstige alternatief vir petroleum beskou. Petroleum dryf tans die chemiese industrie aan. Petroleum is 'n grondstof vir baie basiese chemikalieë wat dan gebruik word om nuttige produkte te vervaardig. Maar petroleum is nie-hernubare bron en is besig om te kwyn, daarom moet fokus wees op die vind van hernubare bronne. Dit bring lignien in die prentjie, want dit blyk 'n baie belowende alternatief te wees.
Lignien is vol hoë energie, maar die herwinning van hierdie energie is ingewikkeld en 'n duur proses en dus selfs biobrandstof wat gegenereer word aangesien die eindresultaat oor die algemeen baie hoog is op koste en kan nie "vervoer-energie" wat tans gebruik word, ekonomies vervang nie. Baie benaderings is nagevors vir die ontwikkeling van koste-effektiewe maniere om lignien af te breek en dit in waardevolle chemikalieë om te skakel. Verskeie beperkings het egter die omskakeling van 'n aanraakplantmateriaal soos lignien beperk tot gebruik as 'n alternatiewe energiebron of selfs probeer om dit meer koste-effektief te maak. 'n Onlangse studie het bakterieë (E. Coli) suksesvol gemanipuleer om as 'n doeltreffende en produktiewe bioomskakelingselfabriek op te tree. Bakterieë groei en vermeerder baie vinnig en hulle is in staat om harde industriële prosesse te weerstaan. Hierdie inligting is gekombineer met begrip van natuurlik beskikbare lignienafbrekers. Die werk is gepubliseer in die Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskap VSA.
Die span navorsers onder leiding van dr Seema Singh by die Sandia National Laboratories het drie hoofprobleme opgelos wat ondervind word om lignien in platformchemikalieë te verander. Die eerste groot struikelblok is dit bakterië E.Coli produseer gewoonlik nie die ensieme wat nodig is vir omskakeling nie. Wetenskaplikes is geneig om hierdie probleem van die maak van ensieme op te los deur 'n "induseerder" by die fermentasiering te voeg. Hierdie induseerders is doeltreffend, maar is baie duur en pas dus nie goed in die konsep van bioraffinaderye nie. Navorsers het 'n konsep probeer waarin 'n lignien-afgeleide verbinding soos vanielje as 'n substraat sowel as 'n induseerder gebruik is deur die bakterië E coli. Dit sal die behoefte aan 'n duur induseerder omseil. Alhoewel, soos die groep ontdek het, was vanielje nie 'n goeie keuse nie, veral omdat sodra lignien afgebreek word, vanielje in groot hoeveelhede geproduseer word en dit begin die funksie van E.Coli inhibeer, dws vanielje begin toksisiteit skep. Maar dit het in hul guns gewerk toe hulle die ontwerp het bakterië. In die nuwe scenario word die einste chemikalie wat giftig is vir die E.Coli gebruik om die komplekse proses van "lignienvalorisering" te inisieer. Sodra vanielje teenwoordig is, aktiveer dit die ensieme en bakterieë begin vanillien omskep in katekol, wat die gewenste chemikalie is. Die hoeveelheid vanillien bereik ook nooit die toksiese vlak nie, aangesien dit in die huidige stelsel outo-gereguleer word. Die derde en laaste probleem was die doeltreffendheid. Die stelsel van omskakeling was stadig en passief, dus het navorsers na meer effektiewe vervoerders van ander bakterieë gekyk en hulle in E. Coli gemanipuleer wat toe die proses vinnig gevolg het. Die oorkoming van toksisiteits- en doeltreffendheidprobleme deur sulke innoverende oplossings kan help om die produksie van biobrandstof 'n meer ekonomiese proses te maak. En die verwydering van 'n eksterne induktor tesame met die inkorporering van outo-regulering kan die biobrandstofvervaardigingsproses verder optimaliseer.
Dit is goed gevestig dat sodra lignien afgebreek is, dit die vermoë het om waardevolle platformchemikalieë te voorsien of eerder te "skenk" wat dan omgeskakel kan word na nylon, plastiek, farmaseutiese produkte en ander belangrike produkte wat tans van petroleum verkry word, 'n nie -hernubare energiebron. Hierdie studie is relevant as 'n stap in die rigting van navorsing en ontwikkeling van koste-effektiewe oplossings vir biobrandstof en bioproduksie. Met behulp van bio-ingenieurstegnologie kan ons groter hoeveelhede platformchemikalieë en verskeie ander nuwe eindprodukte produseer, nie net met bakteriese E.Coli nie, maar ook met ander mikrobiese gashere. Skrywers se toekomstige navorsing sal daarop fokus om 'n ekonomiese produksie van hierdie produkte te demonstreer. Hierdie navorsing het 'n groot impak op energieopwekkingsprosesse en die uitbreiding van reeks moontlikhede vir groen produkte. Die skrywers merk op dat lignosellulose in die nabye toekoms beslis petroleum moet aanvul as dit nie vervang word nie.
***
{Jy kan die oorspronklike navorsingsartikel lees deur die DOI-skakel wat hieronder gegee word in die lys van aangehaalde bronne te klik}
Bronne)
Wu W et al. 2018. Op pad na ingenieurswese van E. coli met 'n outoregulerende stelsel vir lignienvalorisering', Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskappe. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
