Mikrober, der arbejder sammen, formerer biomasseomdannelsesmuligheder

Med kapløbet om vedvarende energikilder i fuld gang, planter tilbyder en af ​​de mest lovende kandidater til at erstatte råolie. Lignocellulose i særdeleshed - biomasse fra ikke-spiselige planter som græs, blade, og træ, der ikke konkurrerer med fødevareafgrøder - er rigeligt og fornybart og tilbyder en fantastisk alternativ kilde til petroleum for en lang række kemikalier.

For at udvinde nyttige kemikalier fra det, lignocellulose forbehandles først for at "bryde det op" og gøre det lettere at viderebearbejde. Derefter udsættes den for enzymer, der opløseliggør cellulose, som er en kæde af sammenkædede sukkerarter (glukose). Dette trin kan udføres ved at tilsætte den forbehandlede lignocellulose en mikroorganisme, der naturligt producerer det nødvendige, cellulosespaltende enzymer, f.eks. en svamp.

Enzymerne "knækker" cellulosen og omdanner den til dens individuelle sukkerarter, som kan videreforarbejdes til at producere et nøglekemikalie:mælkesyre. Dette andet trin udføres også med en mikroorganisme, en bakterie, der "spiser" sukkeret og producerer mælkesyre, når der ikke er ilt i nærheden.

I det sidste trin af dette mikrobielle samlebånd, mælkesyren kan derefter bearbejdes til at lave en lang række nyttige kemikalier.

Et team af forskere fra Bern University of Applied Sciences (BFH), University of Cambridge, og EPFL har gjort denne samlekæde mulig i en enkelt opsætning og demonstreret, at denne konvertering kan gøres mere alsidig og modulær. Ved let at bytte mikroorganismerne ud i finalen, mælkesyrebehandling, trin, de kan producere en lang række nyttige kemikalier.

Gennembrudsundersøgelsen er publiceret i Videnskab , og blev udført af Robert Shahab, en EPFL Ph.D. studerende i professor Jeremy Luterbachers laboratorium, mens han arbejdede på laboratoriet hos professor Michael Studer ved BFH, der ledede undersøgelsen.

Forskerne præsenterer det, de omtaler som en 'laktatplatform, ' som i det væsentlige er en rumligt adskilt bioreaktor, der tillader flere forskellige mikroorganismer at eksistere side om side, hver udfører et af de tre trin af lignocellulosebehandling.

Platformen består af en rørformet membran, der lader en defineret mængde ilt gå igennem den. På rørets overflade kan der dyrkes svampen, der forbruger al ilt, der passerer gennem membranen, og giver de enzymer, der vil nedbryde cellulose til sukker. Længere væk fra membranen, og derfor i en atmosfære uden ilt, dyrke de bakterier, der vil 'spise' sukkeret og omdanne dem til mælkesyre.

Men den innovation, Shahab lavede, var i det sidste trin. Ved at bruge forskellige mælkesyregærende mikroorganismer, han var i stand til at fremstille forskellige nyttige kemikalier. Et eksempel var smørsyre, som kan bruges i bioplast, mens Luterbachers laboratorium for nylig viste, at det endda kan omdannes til et jetbrændstof.

Arbejdet demonstrerer fordelene ved blandede mikrobielle kulturer i lignocellulose biomassebehandling:modularitet og evnen til at omdanne komplekse substrater til værdifulde platformkemikalier.

"Resultaterne opnået med laktatplatformen viser godt fordelene ved kunstige mikrobielle konsortier til at danne nye produkter fra lignocellulose, " siger Michael Studer. "Skabelsen af ​​nicher i ellers homogene bioreaktorer er et værdifuldt værktøj til at dyrke forskellige mikroorganismer sammen."

"Gæring af lignocellulose til en masse forskellige produkter var en betydelig mængde arbejde, men det var vigtigt at vise, hvor alsidig laktatplatformen er, ", siger Robert Shahab. "At se dannelsen af ​​laktat og omdannelsen til målprodukter var en stor oplevelse, da det viste, at konceptet med laktatplatformen fungerede i praksis."

Jeremy Luterbacher tilføjer, "Det ultimative mål er at genopbygge en grøn fremstillingssektor for at erstatte en, der producerer mange produkter fra råolie. En metode, der introducerer fleksibilitet og modularitet, er et vigtigt skridt i den retning."