Wetenskaplikes het 'n nuwe tegnologie getoon waarin bio-gemanipuleerde bakterieë koste-effektiewe chemikalieë/polimere uit hernubare plantbronne kan maak.
Lignien is 'n materiaal wat 'n bestanddeel van die selwand 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 koolhidraat ( suiker ) monomere bestaan nie. Lignocellulose biopolimere verskaf vorm, stabiliteit, sterkte en rigiditeit aan plante. Lignocellulose biopolimere bestaan uit drie hoofkomponente: sellulose en hemisellulose vorm 'n raamwerk waarin lignien as 'n soort verbindingsmiddel opgeneem 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 lignocellulose biomassa verteenwoordig, is 'n onontginde skat – ten minste vanuit 'n chemiese oogpunt. Die chemiese industrie is meestal afhanklik van koolstofverbindings vir die skep van verskillende produkte soos verf, kunsmatige vesels, kunsmis en bowenal plastiek. Hierdie industrie gebruik wel hernubare hulpbronne soos plantaardige olie, stysel, sellulose, ens., maar dit maak slegs 13 persent van alle verbindings uit.
Lignien, 'n belowende alternatief vir petroleum vir die maak van produkte
Trouens, lignien is die enigste bron van hernubare energie op aarde wat 'n groot aantal aromatiese verbindings bevat. Dit is belangrik omdat aromatiese verbindings gewoonlik uit die nie-hernubare bron petroleum onttrek word en dan gebruik word om plastiek , verf, ens. te vervaardig. Dus is die potensiaal van lignien baie hoog. In vergelyking met petroleum, wat 'n nie-hernubare fossielbrandstof is, word lignocelluloses verkry van hout , strooi of Miscanthus, wat hernubare bronne is. Lignien kan in lande 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 produseer. Maar petroleum is 'n nie-hernubare bron en is aan die kwyn, daarom moet daar gefokus word op die vind van hernubare bronne. Dit bring lignien in die prentjie as 'n baie belowende alternatief.
Lignien is vol hoë energie, maar die herwinning van hierdie energie is ingewikkeld en 'n duur proses, en dus is selfs biobrandstof wat as die eindresultaat gegenereer word, oor die algemeen baie duur en kan nie die "vervoerenergie" wat tans gebruik word, ekonomies vervang nie. Baie benaderings is nagevors om koste-effektiewe maniere te ontwikkel om lignien af te breek en dit in waardevolle chemikalieë om te skakel. Verskeie beperkings het egter die omskakeling van 'n bietjie plantmateriaal soos lignien beperk tot die 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 strawwe industriële prosesse te weerstaan. Hierdie inligting is gekombineer met begrip van natuurlik beskikbare lignien-afbrekers. Die werk is gepubliseer in die Proceedings of the National Academy of Science USA.
Die span navorsers onder leiding van dr. Seema Singh by die Sandia Nasionale Laboratoriums het drie hoofprobleme opgelos wat ondervind word met die omskakeling van lignien in platformchemikalieë. Die eerste groot struikelblok is dat bakterieë E. coli oor die algemeen nie die ensieme produseer 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 effektief, maar is baie duur en pas dus nie goed in die konsep van bioraffinaderye nie. Navorsers het 'n konsep probeer waar 'n lignien-afgeleide verbinding soos vanielje as 'n substraat sowel as 'n induseerder gebruik is deur die bakterieë E. coli te manipuleer. Dit sou die behoefte aan 'n duur induseerder omseil. Soos die groep ontdek het, was vanielje egter nie 'n goeie keuse nie, veral omdat sodra lignien afbreek, vanielje in groot hoeveelhede geproduseer word en dit die funksie van E. coli begin inhibeer, d.w.s. vanielje begin toksisiteit skep. Maar dit het in hul guns gewerk toe hulle die bakterieë manipuleer het . In die nuwe scenario word die einste chemikalie wat giftig is vir die E. coli, gebruik om die komplekse proses van "lignien-valorisering" te begin. Sodra vanielje teenwoordig is, aktiveer dit die ensieme en bakterieë begin vanillien in katekol omskakel, wat die verlangde chemikalie is. Boonop bereik die hoeveelheid vanillien nooit die toksiese vlak nie, aangesien dit in die huidige stelsel outoreguleer word. Die derde en laaste probleem was die doeltreffendheid. Die omskakelingstelsel was stadig en passief, daarom het navorsers na meer effektiewe vervoerders van ander bakterieë gekyk en dit in E. coli gemanipuleer, wat toe die proses versnel het. Die oorkoming van toksisiteits- en doeltreffendheidsprobleme deur sulke innoverende oplossings kan help om die produksie van biobrandstof 'n meer ekonomiese proses te maak. En die verwydering van 'n eksterne induseerder, tesame met die insluiting van outoregulering, 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.
***
Bronne)
Wu W et al. 2018. Op pad na die ingenieurswese van E. coli met 'n outoregulerende stelsel vir lignien-valorisering', Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskappe . 115(12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
***
 monomers.){kind=link}