BESC впервые получил изобутанол напрямую из целлюлозы

Исследователи из Центра биоэнергетики Министерства энергетики США (BESC) разработали стратегию биопереработки и генетически модифицированный микроорганизм, которые позволили напрямую получить изобутанол из целлюлозы.

Используя консолидированную биопереработку, команда под руководством Джеймса Ляо из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе впервые произвела изобутанол непосредственно из целлюлозы. Работа, опубликованная в Applied and Environmental Microbiology, означает сокращение затрат и времени на обработку, а также получение спирта более высокого качества, чем этанол.

"В отличие от этанола, изобутанол можно смешивать с бензином в любом соотношении, что должно устранить необходимость в специальной инфраструктуре для хранения или транспортировки. Более того, возможно, его можно будет использовать непосредственно в существующих двигателях без модификаций", — заявил Джеймс Ляо.

По сравнению с этанолом, высшие спирты, такие как изобутанол, являются лучшими кандидатами для замены бензина, поскольку их плотность энергии, октановое число и давление паров по Рейду (показатель летучести) гораздо ближе к бензину.

Хотя целлюлозная биомасса, такая как кукурузная солома и просо прутьевидное, дешева и доступна, её сложнее использовать, чем кукурузу или сахарный тростник, в основном из-за рекальцитрантности — естественной защиты растений от химического расщепления.

Чтобы сделать преобразование возможным, исследователям пришлось создать штамм бактерии Clostridium celluloyticum (природного целлюлозоразрушающего микроорганизма), способного синтезировать изобутанол непосредственно из целлюлозы. Работа основана на более ранних исследованиях по созданию синтетического пути производства изобутанола.

"В природе не было идентифицировано микроорганизмов, обладающих всеми характеристиками, необходимыми для идеального штамма консолидированной биопереработки, поэтому мы знали, что должны генетически сконструировать такой штамм", — отметил Йонгчао Ли.

Хотя существовало множество кандидатов, команда выбрала Clostridium cellulolyticum, первоначально выделенную из перегнившей травы. Стратегия использует природную целлюлолитическую активность организма и путь биосинтеза аминокислот, перенаправляя его промежуточные продукты для производства высшего спирта.

Это исследование, являющееся доказательством концепции, закладывает основу для будущих работ, которые, вероятно, будут включать генетические манипуляции с другими микроорганизмами для консолидированной биопереработки.