Forskere finder en ny måde at fremstille kemikalier på bæredygtigt ved at kopiere naturens tricks

Forskere har kopieret den måde, organismer producerer giftige kemikalier på uden at skade sig selv, baner vejen for en grønnere kemikalie- og brændstofproduktion.

Den nye teknik, banebrydende af Imperial College London-videnskabsmænd, kunne reducere behovet for at bruge fossile brændstoffer til at skabe kemikalier, plastik, fibre og brændstoffer.

I øjeblikket, mange nyttige kemikalier fremstilles af fossile brændstoffer, som kræver minedrift, er af begrænset udbud, og forstyrre kulstofkredsløbet. Et alternativ er at konstruere mikroorganismer som Escherichia coli ( E coli ) og cyanobakterier til mere bæredygtigt at producere kemikalierne direkte fra atmosfærisk kuldioxid.

Imidlertid, mange af de kemikalier, der kan fremstilles på denne måde, er giftige for mikroorganismerne, reducere deres evne til at lave store mængder på en omkostningseffektiv måde.

Nu, ved at kopiere den måde, naturlige organismer håndterer deres egne giftige kemikalier på, forskere har vist, at bakterier kan programmeres til at producere kemikalier uden også at skade væksten.

Dette koncept kan bruges til at fremstille nyttige kemikalier, plastik og endda brændstoffer, som yderligere kan reducere behovet for fossile brændstoffer og bidrage til at minimere klimaændringer. Den nye teknik og et første proof of concept udgives i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Ledende forsker Dr. Patrik Jones, fra Institut for Biovidenskab på Imperial, sagde:"Vi har set på, hvad naturen allerede gør, til egen fordel, og anvendte ideen til bioteknologi, til vores fordel."

Organismer som planter og gær producerer nogle gange kemikalier, der er giftige for dem, så for at opbevare dem sikkert, de laver små ændringer af kemikalierne for at gøre dem uskadelige. De resulterende kemikalier er kendt som 'derivater', og kan returneres til originalen, giftig form gennem relativt simpel kemi.

Holdet tog denne idé og brugte genteknologi til at programmere E coli og cyanobakterier til at lave 1-octanol, et kemikalie, der i øjeblikket bruges i parfumer, som er giftigt for bakterierne. De tilføjede derefter et ekstra sæt instruktioner til E coli så det ville producere to forskellige derivater af 1-octanol, der begge er mindre skadelige.

Forskerne siger, at hvis dette skulle skaleres op til industrielle systemer, ville de konstruerede bakterier producere det ikke-toksiske derivat af 1-octanol, som derefter ville blive udvundet og kemisk omdannet tilbage til 1-octanol, klar til brug.

Holdet fandt ud af, at deres system producerede 1-octanol uden at påvirke væksten af ​​bakterierne. De fandt også, at systemet producerede mere 1-octanol end et system uden derivatiseringstrinnet, hvilket de mener hænger sammen med, at derivatet ikke kun er mindre giftigt, men også mere opløseligt i det omgivende vand eller opløsningsmiddel.

Dr. Jones sagde:"Et mere opløseligt kemikalie kan flytte væk fra cellerne hurtigere, hvor det er mindre tilbøjeligt til at forstyrre nogen af ​​bakteriernes processer."

Nu har holdet vist konceptet med at skabe derivater ved hjælp af programmerede mikroorganismer, de ønsker at opsætte et komplet system, fra produktion af derivatet til genvinding af det ønskede kemikalie.

Dette vil hjælpe dem med at forfine processen, og potentielt skalerer det op til brug i industrielle omgivelser.