Эффективное производство жирных кислот и биотоплива из глюкозы

Исследователи представили новую стратегию эффективного производства жирных кислот и биотоплива, которая позволяет превращать глюкозу и маслонакапливающие микроорганизмы в микробное дизельное топливо с помощью одноэтапного прямого ферментативного производства.

Новый разработанный штамм, созданный под руководством профессора Санг Юп Ли, показал самую высокую из когда-либо зарегистрированных эффективность производства жирных кислот и биодизеля. Ожидается, что он станет новой платформой для устойчивого производства широкого спектра продуктов на основе жирных кислот из глюкозы и других углеродных субстратов.

Ископаемое топливо, долгое время бывшее энергетическим ресурсом, теперь сталкивается с серьёзными проблемами: истощением запасов и ролью в глобальном потеплении. Производство устойчивой возобновляемой энергии на биологической основе стало важной альтернативой, и ведутся многочисленные исследования по замене ископаемого топлива. Один из примеров — биодизель. В настоящее время его в основном производят путём переэтерификации растительных масел или животных жиров.

Исследовательская группа модифицировала маслонакапливающий микроорганизм Rhodococcus opacus для производства из глюкозы (одного из самых распространённых и дешёвых сахаров, получаемого из несъедобной биомассы) жирных кислот и их производных, которые могут использоваться в качестве биодизеля.

Команда профессора Ли ранее уже модифицировала Escherichia coli для производства короткоцепочечных углеводородов, пригодных в качестве бензина (опубликовано в Nature на обложке в 2013 году). Однако эффективность производства короткоцепочечных углеводородов с помощью E. coli (0.58 г/л) оказалась недостаточной для коммерциализации.

Чтобы решить эти проблемы, в данном исследовании команда использовала в качестве хозяина маслонакапливающий штамм Rhodococcus opacus. Сначала были оптимизированы условия культивирования для максимизации накопления масла (триацилглицерина), который служит предшественником для биосинтеза жирных кислот и их производных. Затем был системно проанализирован метаболизм штамма и он был перепроектирован для обеспечения производства жирных кислот и двух видов биодизеля на их основе (этиловых эфиров жирных кислот и длинноцепочечных углеводородов) в более высоких количествах.

В результате полученные штаммы производили 50.2, 21.3 и 5.2 г/л жирных кислот, этиловых эфиров жирных кислот и длинноцепочечных углеводородов соответственно. Это самые высокие концентрации, когда-либо зарегистрированные для микробных ферментаций. Ожидается, что эти штаммы могут внести вклад в будущую индустриализацию микробного производства биодизеля.

«Эта технология создаёт жирные кислоты и биодизель с высокой эффективностью, используя лигноцеллюлозу — один из самых распространённых ресурсов на Земле, без зависимости от ископаемого топлива, растительных или животных масел. Это откроет новые возможности для нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, которые долгое время полагались на ископаемое топливо, чтобы перейти к устойчивым и экологически чистым биотехнологиям», — сказал профессор Ли.