Konstrueret mikrobe kan være nøglen til at producere plastik fra planter

Med et par genetiske justeringer, en type jordbakterier med en appetit på kulbrinter viser lovende som en biologisk fabrik til at omdanne en vedvarende – men frustrerende uudnyttet – dusør til en erstatning for allestedsnærværende plast.

Forskere, ligesom dem ved University of Wisconsin-Madison-baserede, Department of Energy-finansieret Great Lakes Bioenergy Research Center, i håb om at gøre træagtige planter til en erstatning for petroleum i produktionen af ​​brændstoffer og andre kemikalier har været efter sukkerarterne i den fibrøse cellulose, der udgør en stor del af planternes cellevægge.

Meget af arbejdet med at skaffe disse sukkerarter involverer fjernelse af lignin, en polymer, der udfylder hullerne mellem cellulose og andre kemiske komponenter i disse cellevægge.

Det efterlader en masse nyttig cellulose, men også en masse lignin - som aldrig har haft stor værdi. Papirfabrikker har fjernet lignin fra træ for at fremstille papir i mere end et århundrede, og finde så lidt værdi i ligninet, at det simpelthen brændes i møllernes kedler.

"De siger, at man kan lave alt fra lignin undtagen penge, " siger Miguel Perez, en UW-Madison kandidatstuderende i civil- og miljøteknik.

Men de kender muligvis ikke så godt Novosphingobium aromaticivorans, som han gør.

Perez, civil- og miljøteknikprofessor Daniel Noguera og kolleger ved GLBRC og Wisconsin Energy Institute har offentliggjort i tidsskriftet Grøn Kemi en strategi for ansættelse af N. aromaticivorans til at gøre lignin til en mere værdifuld vare.

"Lignin er den mest rigelige kilde - bortset fra olie - til aromatiske forbindelser på planeten, "Noguera siger, ligesom dem, der bruges til at fremstille kemikalier og plast af råolie. Men det store og komplekse ligninmolekyle er notorisk svært at effektivt bryde i nyttige bestanddele.

Gå ind i bakterien, som først blev isoleret, mens den trivedes i jord rig på aromatiske forbindelser efter forurening med olieprodukter.

Hvor andre mikrober vælger og vælger, N. aromaticivorans er en biologisk tragt til aromaterne i lignin. Det er unikt, fordi det kan fordøje næsten alle de forskellige stykker lignin til mindre aromatiske kulbrinter.

"Andre mikrober, der er prøvet før, kan muligvis fordøje nogle få typer aromater, der findes i lignin, "Siger Perez." Da vi mødte denne mikrobe, den var allerede god til at nedbryde en lang række forbindelser. Det gør denne mikrobe meget lovende."

I løbet af sin fordøjelsesprocessen, mikroben forvandler de aromatiske forbindelser til 2-pyron-4, 6-dicarboxylsyre - mere overskueligt kendt som PDC. Ved at fjerne tre gener fra deres mikrobe, forskerne vendte den mellemliggende PDC til slutningen af ​​linjen. Disse konstruerede bakterier blev en tragt, som de forskellige ligninstykker går ind i, og hvorfra PDC strømmer.

Bioingeniører i Japan har brugt PDC til at fremstille en række materialer, der ville være nyttige til forbrugerprodukter.

"De har fundet ud af, at forbindelsen fungerer ens eller bedre end det mest almindelige petroleumbaserede additiv til PET-polymerer-som plastflasker og syntetiske fibre-som er de mest almindelige polymerer, der produceres i verden, "Siger Perez.

Det ville være et attraktivt plastikalternativ – et der ville nedbrydes naturligt i miljøet, og ville ikke udvaskning af hormonlignende forbindelser i vand-hvis bare PDC var lettere at få fat på.

"Der er ingen industriel proces til at gøre det, fordi PDC er så vanskelig at lave med eksisterende ruter, "siger Noguera." Men hvis vi laver biobrændstoffer fra cellulose og producerer lignin - noget, vi plejede bare at brænde - og vi effektivt kan omdanne ligninet til PDC, der potentielt ændrer markedet for industriel brug af denne forbindelse. "

For nu, den konstruerede variation af N. aromaticivorans kan omdanne mindst 59 procent af lignins potentielt nyttige forbindelser til PDC. Men den nye undersøgelse antyder større potentiale, og Perez har mål for yderligere manipulation af mikroben.

"Hvis vi kan få denne rørledning til at producere i en tilstrækkelig hastighed, med tilstrækkeligt udbytte, vi kan skabe en ny industri, "Siger Noguera.