Исследователи из Массачусетского технологического института научили почвенную бактерию Ralstonia eutropha синтезировать изобутанол, изменив её генотип. В качестве субстрата может использоваться углекислый газ, получаемый при разложении органических отходов городского и сельского хозяйства, что заодно поможет решить проблему их утилизации.

Пространственная структура изобутанола

Благодаря успехам генной инженерии уже более 30 лет удаётся заставлять бактерии вырабатывать ценные вещества из дешёвых субстратов. С помощью генетически модифицированных штаммов получают десятки важнейших препаратов для нужд медицины и химической промышленности. Методы с использованием ГМО вытесняют устаревшие и более затратные способы синтеза в самых разных областях.

Относительно новым направлением стал бактериальный синтез соединений с высокой теплотой сгорания. Таким способом удаётся запасать энергию в виде химических связей и частично решить проблему нарастающего энергетического кризиса.

Бактерии вида Ralstonia eutropha были выбраны из-за способности менять свой метаболизм с гетеротрофного (питание органикой) на хемоавтотрофный (синтез органических веществ). В последнем случае углекислый газ является для бактерий источником углерода.

Колония генетически модифицированных бактерий Ralstonia eutropha

Проведённое в MIT исследование – этап одной из приоритетных программ модернизации энергетической отрасли, финансируемых Министерством энергетики США. Аналогичные разработки велись в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и других научных учреждениях. Об одной из успешных попыток манипулирования метаболизмом микроорганизмов для синтеза топлива писала “Компьюлента”:

Команде исследователей под руководством Джеймса Ляо впервые удалось синтезировать применяемый в качестве биотоплива изобутанол напрямую из целлюлозы, без её ферментации и иных промежуточных стадий.

Для этого использовались искусственно выведенные микроорганизмы из рода клостридий Clostridium celluloyticum. К помощи генной инженерии пришлось прибегнуть, поскольку существующие в природе виды не обладают полным набором характеристик, необходимых для указанного процесса. «Пищей» для микробов послужит растительная биомасса — к примеру, солома сельскохозяйственных растений или отходы деревоперерабатывающей промышленности.

Производимый бактериями изобутанол может найти применение в качестве компонента топлива для двигателей внутреннего сгорания. Он стабилизирует топливные смеси и смешивается с бензином в любых соотношениях.

Поскольку теплота сгорания изобутанола достаточно высока, он может использоваться и как полная замена традиционному топливу. Дополнительные возможности применения изобутанола открываются в топливных элементах, где он может служить источником водорода.

Положительный опыт широкого применения изобутанола накоплен в европейских странах. Например, в Великобритании он продаётся как добавка к топливу с 2007 года.

Дальнейшие исследования группы под руководством Кристофера Бригэма направлены на расширение спектра источников углерода и субстратов для бактериального синтеза.