29 марта 2018, 15:11

Новый фермент позволит наладить производство толуола из биомассы

Новый фермент позволит наладить производство толуола из биомассы

Цель исследователей — создать низкоуглеродную альтернативу «нефтяной» октаноповышающей добавке

Группа американских ученых открыла новый фермент, фенилацетатдекарбоксилаза (phenylacetate decarboxylase), который может использоваться для производства толуола из возобновляемых природных ресурсов, таких как биомасса. О результатах исследования, опубликованных 26 марта в научном журнале Nature Chemical Biology, сообщает портал Phys.org. Толуол — распространенная октаноповышающая добавка для бензина, ежегодный объем мировых продаж которой составляет 29 млн т.

Исследование проводили специалисты Объединенного института биоэнергетики (Joint BioEnergy Institute, JBEI) и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory), подведомственных Министерству энергетики США. Ключевая цель исследователей — наладить масштабное коммерческое производство топлива и других химических продуктов на базе возобновляемых источников, таких как лигноцеллюлозная биомасса, а не нефти.

Команда ученых во главе со старшим научным сотрудником лаборатории в Беркли и научным руководителем Объединенного института биоэнергетики Гарри Беллером (Harry Beller) изучила два бактериальных сообщества, взятых из озерных отложений и осадка сточных вод.

По словам специалиста, исследование оказалось на порядок сложнее других проектов по поиску ферментов, которые также трудны: в этом случае требовалось найти нужный энзим среди сотен тысяч «кандидатов». Изучались сложные сообщества, в которых представлены разные виды бактерий, а не один, как бывает чаще всего. Беллер сравнил работу с «поиском иголки в стоге сена». Как показал метагеномный анализ (исследование образцов, взятых из окружающей среды), сообщества содержали более 300 тыс. генов, что эквивалентно более чем 50 бактериальным геномам. Кроме того, многие ферменты были чувствительны к кислороду, что затрудняло работу ученых.

Пока специалисты не могут точно ответить на вопрос о том, почему бактерии производят толуол. Согласно одной из двух выдвинутых гипотез, они выделяют вещество в качестве токсина, чтобы вытеснить других микробов. Другая гипотеза заключается в том, что выброс фенилацетатдекарбоксилазы, изменяя внешние условия, помогает бактерии регулировать собственную кислотность.

Производство толуола на основе этого фермента станет первым случаем производства ароматических углеводородов для биотоплива с помощью микробных сообществ. “Нам предстоит еще многое узнать о необычайном метаболическом разнообразии бактерий. Природа за миллиарды лет создала ферменты, которые могут катализировать сложные химические реакции. По мере обнаружения мы можем использовать их для решения биотехнологических задач”, — добавил ученый.

Материал предоставлен проектом "+1".