Levering af bæredygtige byggesten af ​​biomateriale fra planteråvarer

En udfordring i produktionen af ​​bioprodukter (kemikalier og materialer fremstillet af levende organismer) er at levere store mængder af billige og bæredygtige byggesten, som disse produkter kan fremstilles af. Joint Bioenergy Institute (JBEI) løser denne udfordring ved at udvikle bæredygtige metoder til at producere disse bioproduktbyggesten. Seneste, JBEI-forskere i Feedstocks Division fandt ud af, hvordan man producerer store mængder af en lovende byggesten, 2-pyron-4, 6-dicarboxylsyre (PDC), i planter.

PDC produceres normalt ikke af planter som den, der blev brugt i denne undersøgelse, Arabidopsis thaliana. Hellere, PDC syntetiseres typisk i naturen af ​​jordbakterier, der nedbryder en komponent af planter kaldet lignin (en sej, vanskeligt anvendelig plantekomponent). Den ledende forsker på dette projekt, Dr. Aymerick Eudes, forklarede, at hans team med succes "introducerede en ny kapacitet i planter til at omdanne prækursorer for lignin til PDC." Specifikt, Dr. Eudes' team konstruerede A. thaliana-planter til at producere enzymer, som kommer fra jordbakterier (Corynebacterium glutamicum og Comamonas testosteroni), der kan omdanne lignin til PDC.

Ophobningen af ​​ikke-biologisk nedbrydelig plast er blevet et stort miljøproblem. Department of Energy (DOE) har for nylig lanceret Plastics Innovations Challenge for dramatisk at reducere plastaffald inden 2030. PDC er et attraktivt bioprodukt, der kan omdannes til forskellige forbrugerprodukter, herunder biologisk nedbrydelig plast, med til at løse problemet med plastikaffald. Historisk set, der har ikke været en bæredygtig måde at lave PDC på, indtil bakterier for nylig blev konstrueret til at syntetisere det.

I dette studie, forskere konstruerede den første plantebaserede produktionsrute nogensinde for PDC. Banebrydende produktion af PDC i planter vil gøre det muligt at producere bioplast billigere og mere bæredygtigt. Specifikt, for vækst, disse konstruerede anlæg bruger gratis og "grønne" ressourcer, atmosfærisk kuldioxid og solenergi, mens PDC syntetiseres.

Nuværende plastproduktionsmetoder udnytter fossile brændstoffer som olie og resulterer i ikke-biologisk nedbrydelig plast, der ofte ikke genanvendes og kan ophobes i, og skader naturlige miljøer. Denne nye metode til fremstilling af PDC vil hjælpe miljøvenlig bioplast (som er bionedbrydelig og fornybart) med at konkurrere med traditionel plast ved at sænke omkostningerne ved at producere dem.

I dette studie, forskere gensplejsede en plante til at producere PDC, en lovende bioproduktbyggesten. PDC-produktion i den konstruerede A. thaliana-plante havde ingen negativ indvirkning på dens vækst og reducerede betydeligt mængden af ​​lignin i planten. Dette skyldes sandsynligvis det faktum, at PDC-produktionsprocessen leder ressourcerne væk fra lignindannelsen. I forbindelse med dyrkning af planter til brug i produktionen af ​​biobrændstoffer, dette nedsatte ligninindhold er faktisk gavnligt. Specifikt, at reducere mængden af ​​lignin i planter giver enzymer mulighed for mere effektivt at nedbryde en komponent af planter kaldet cellulose (en sej fiber lavet af kæder af sukker) til værdifulde sukkerarter, hvilke mikrober kan forbruge til at producere biobrændstoffer.

Dr. Chien-Yuan Lin, projektforsker ved JBEI og den første forfatter til undersøgelsen, bemærker, at dette er en "unik "win-win"-strategi til at fremme både biobrændstof- og bioproduktproduktion fra planter. PDC-produktionsteknologien udviklet på JBEI har potentiale til at blive overført fra A. thaliana (en planteart, der ikke almindeligvis dyrkes uden for laboratoriet) miljøer) til bioenergiafgrøder og kunne forbedre den økonomiske levedygtighed, og bæredygtighed, at producere bioplast og biobrændstoffer" i disse afgrøder. Faktisk, Dr. Lin sagde, at "fundene fra denne undersøgelse har motiveret os til at undersøge effekten af ​​PDC-produktion i konstrueret sorghum, en attraktiv bioenergiafgrøde fremmet af DOE." Dr. Lin sagde, at han så frem til at afgøre, om PDC-producerende sorghum udviste "de samme gavnlige egenskaber" som observeret i PDC-producerende A. thaliana-planter gennem test af den konstruerede sorghum i marken .