Új bioprocesszor segít a növényi anyagokat értékes vegyi anyagokká alakítani

Nagy lépés lehet a bioüzemanyag gyártásban

A lignocellulóz egy fákban megtalálható anyag, amely a növényi sejtek szerkezetét adja. Régóta megújuló energiaforrásnak tekintik, a Föld legelterjedtebb nyersanyaga. Elsősorban acetátot, glükózt és xilózt tartalmaz, amelyek mindegyike a bomlás során felszabadul. A Nature Communications folyóiratban megjelent cikkben egy tudóscsoport bemutatta azt az új módszert, amellyel sikeresen leküzdötték a lignocellulóz bioüzemanyagként való forgalmazásának fő akadályát, az acetát toxicitását az olyan mikrobákra nézve, mint például az élesztő. 

A tanulmány társszerzője, Yong-Su Jin, az élelmiszer- és táplálkozástudomány professzora büszke arra, hogy ez az első olyan megközelítés, amely bemutatja a xilóz és az acetát felhasználását a bioüzemanyag gyártásban. A kutatást Jin vezette egy végzős diákjával, Liang Sunnal közösen. A kutatásban vesszős köles sejtfalából származó xilózt és acetátot használtak fel. A nemkívánatos melléktermékből származó acetátot értékes táptalajjá alakították, amely megnövelte az élesztő hatékonyságát a cukrok lebontása során. 

Produktív falánkság

Mint ahogy azt Jin professzor ismertette, rájöttek, hogy a mérgező és haszontalannak tűnő anyagokat kiegészítő szénforrásként használhatják a xilóz számára, hogy ezáltal gazdaságosan állítsanak elő olyan csodálatos vegyi anyagokat, mint például a floroglucin (TAL) vagy az A-vitamin. A floroglucin egy kiemelkedően sokoldalú vegyszer, amelyet jelenleg a kőolajfinomítás során állítanak elő, és műanyagok, illetve élelmiszer-alapanyagok gyártásában használnak fel. 

Soo Rin Kim (társszerző), aki jelenleg a dél-koreai Kyungpook National University hallgatója, már korábban egy olyan élesztő törzset hozott létre saccharomyces serevisiae élesztőgombákból, melyek gyorsan és hatékonyan képesek elfogyasztani a xilózt. A mostani kísérletben vesszős kölest használtak a hemicellulóz hidrolízise során. Az újonnan létrehozott élesztő sejteket a glükóz, a xilóz és az acetát fermentálására használtak a hidrolízisben. 

Káros és előnyös kölcsönhatások

Amikor a glükózt és az acetátot együtt adták az élesztő sejteknek, akkor azok gyorsan átalakították a glükózt etanollá, csökkentve a sejttenyészet PH értékét. Az acetátfogyasztást azonban ez erősen gátolta, mivel az alacsony PH szint rendkívül kedvezőtlen az élesztő számára, így a tenyészet mérgezővé vált. 

A xilóz támogatta a sejtek növekedését és elegendő energiát biztosított az acetát asszimilációjához. Tehát az élesztő nagyon hatékonyan képes metabolizálni az acetátot táptalajként, így sok floroglucin termelődik. Ugyanakkor, az acetát metabolizálódásával a táptalaj PH értéke megemelkedett, ami elősegítette az élesztő xilózfogyasztását. 

Sun arról is beszámolt, hogy amikor a mesterséges élesztő gén expresszióját RNS szekvenálással elemezték, azt találták, hogy az acetát felvételében és anyagcseréjében szerepet játszó kulcsgéneket a xilóz drámaian felülszabályozta a glükózhoz képest. 

Az acetáttal és a xilózzal is táplált élesztősejtek nagyobb mennyiségű biomasszát termeltek, miközben 48, illetve 45 százalékkal megnövelték annak lipid és ergoszterol szintjét. Az ergoszterol egy gomba által termelt hormon, amely fontos szerepet játszik az erjedés során. 

Az acetát és a xilóz együttes felhasználása növelte az acetil-CoA készletet, és felgyorsította a metabolizmust, melynek során az acetát acetil-CoA-á alakult át. Ezzel egy lépéssel közelebb kerültek a floroglucin előállításához. 

Kiemelte továbbá, hogy ugyanezt a stratégiát alkalmazták az A-vitamin előállítása során is, és ezzel azt is bebizonyították, hogy lehetséges acetil-CoA-ból más, nagy értékű biotermékeket, mint például szteroidokat vagy flavonoidokat, előállítani. 

Mivel a folyamat alaposan felhasználta a lignocellulóz biomassza szénforrásait, Jin és Sun szerint, ez a technológia zökkenőmentesen integrálható a cellulóz-biofinomítókban. 

Egyértelmű cél a fenntarthatóság

Sun felhívta a figyelmet arra, hogy a fenntartható élet és az emberi faj fennmaradása a tét, ezért teljes mértékben ki kell használnunk minden olyan kiaknázatlan erőforrást, mely segíti a túlélésünket. Bízik abban, hogy 50 vagy 100 év múlva főként ezeken a megújuló és bőséges nyersanyagokon alapszik majd a civilizációnk, az energia piac és a gyártási folyamatok. A kutató eredményeiket – szerényen – a fenntartható jövőhöz való apró hozzájárulásként aposztrofálta.