Высокооктановые бактерии могут облегчить боль у бензоколонки: модифицированные E. coli массово производят ключевой предшественник мощного биотоплива
Новые линии генетически модифицированных бактерий могут целенаправленно создавать ключевые предшественники высокооктановых биотоплив, способных однажды заменить бензин. Об этом сообщают учёные из Института биологически инспирированной инженерии Висса при Гарвардском университете и Отдела системной биологии Гарвардской медицинской школы в онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences от 24 июня.
Эти же линии могут также производить предшественники фармацевтических препаратов, биопластиков, гербицидов, моющих средств и других продуктов.
Ключевая задача и подход
Необходимость в новых биотопливах обусловлена недостатками этанола (малая энергоёмкость, коррозионная активность) и проблемами бензина (выбросы CO2, истощение запасов нефти). Цель учёных — создание подобных бензину биотоплив, совместимых с существующей инфраструктурой и двигателями.
Команда Памелы Сильвер использовала бактерию E. coli для производства предшественников топлива — жирных кислот. Они сфокусировались на среднецепочечных жирных кислотах (длиной цепи от 4 до 12 атомов углерода), которые идеально подходят для преобразования в энергоёмкое жидкое топливо для ДВС.
Методология и результаты
Для производства целевой 8-углеродной кислоты (октаноата, предшественника октана) аспиранты Джо Торелла и Тайлер Форд модифицировали метаболический путь синтеза жирных кислот в E. coli.
- Первая стратегия: Частичная блокировка ферментов, удлиняющих цепь, с помощью препарата. Это привело к накоплению среднецепочечных кислот, но метод оказался слишком дорогим для масштабирования.
- Вторая стратегия (масштабируемая): Использование генетических «шлюзов» для замедления удлинения цепей и модификация второго фермента для остановки синтеза на 8 атомах углерода.
Эта двухкомпонентная стратегия, дополненная другими генетическими изменениями, позволила получить рекордно высокий выход октаноата.
Значение и перспективы
«Мы обнаружили, что если мы замедлим удлинение жирных кислот, мы стимулируем создание среднецепочечных жирных кислот», — сказал Джо Торелла.
«Используя изобретательные стратегии синтетической биологии, команда Памелы сделала гигантский шаг навстречу этой задаче», — отметил Дон Ингбер, основатель Института Висса.
Следующий шаг — инженерия E. coli для преобразования октаноата и других жирных кислот в спирты, которые являются потенциальным топливом и находятся всего в одном химическом шаге от октана.