Malkemolekyler fra mikrober

En bæredygtig kemisk adskillelsesmetode, der bruger membraner, mikroalger og kunstig intelligens, er blevet udviklet af et team fra forskellige KAUST-grupper, hvis medlemmer har forskellige specialer inden for bioteknik, membraner og genbrug og genbrug af vand.

Sådanne membranbaserede kontinuerlige separations- og koncentrationsprocesser vil hjælpe med at realisere det fulde potentiale af mikrobiel kemisk produktion til brug i medicin og industri.

"Fordelen ved vores metode er, at produkter kontinuerligt kan udvindes fra flydende mikrobielle kulturer, såsom mikroalger, i en proces kendt som 'malkning' i stedet for at blive ekstraheret møjsommeligt fra biomassen i slutningen af ​​en batchkultur," siger postdoc. og førsteforfatter Sebastian Overmans.

Mikroalger er encellede fotosyntetiske mikrober, der naturligt producerer mange nyttige kemikalier. De kan også være gensplejset til at udskille andre specialmolekyler. Alger bliver i stigende grad udnyttet som bæredygtige og miljøvenlige biofabrikker, men det er en udfordring at adskille de dyrebare molekyler.

Dette projekt demonstrerede en lavenergi- og effektiv måde at høste og koncentrere disse produkter på. Denne proces er mere bæredygtig end andre separationsprocesser, fordi den er lavenergi, mikroberne kan dyrkes på affaldsmaterialer, og den molekylære koncentrationsproces producerer ikke affald.

Systemet er baseret på en membran bygget af hule mikrofibre, der adskiller kulturvæsken, der indeholder mikroalger, fra et opløsningsmiddel, hvor det ønskede produkt ophobes. Produktet separeres derefter yderligere og koncentreres ved hjælp af andre specialiserede membraner, der er udvalgt og designet af kunstig intelligens, der tillader genanvendelse af opløsningsmidlet uden tab til systemet.

Holdet demonstrerede potentialet i deres teknik ved løbende at udvinde patchoulol, en forbindelse, der er meget udbredt i parfumeri. Disse membrankombinationer kan også anvendes på mange andre specialkemikalier.

"Udviklingen af ​​udvindingsprocessen var et helt nyt område," siger Overmans.

"Dette er spændende," foreslår bioteknolog Kyle J. Lauersen, "fordi det kunne implementeres i storskala biofabrikker ved hjælp af en række mikrober, ikke kun alger, for at omdanne affald til værdifulde produkter."

Kemiingeniør Gyorgy Szekely tilføjer, at forskerne brugte de kunstige intelligensværktøjer og maskinlæringsfunktioner, der er tilgængelige på KAUST, til at guide udviklingen og forfining af membranprocessen.

Det næste skridt er at demonstrere opskalering til industrielt niveau. Holdet planlægger også at udvikle membraner med større overfladearealer og at udforske brugen af ​​forskellige algestammer til at producere mange flere forbindelser af interesse.

Forskningen blev offentliggjort i Green Chemistry . + Udforsk yderligere

Brug af rejeskaller til at konstruere bedre sammensatte membraner