Obrázek 1: Fotografie ukazující 1,3-butadien produkovaný z bakterií. Kredit: © 2021 Yokohama Rubber
Mikroby jsou navrženy tak, aby přeměňovaly cukr na chemikálii, která se nachází v pneumatikách.
Budoucí ekologická stopa průmyslu pneumatik by se mohla podstatně zmenšit díky novému ekologickému způsobu, který objevili čtyři výzkumníci RIKEN a který využívá bakterie k výrobě chemikálie používané v syntetickém kaučuku.
Každý rok továrny po celém světě vychrlí více než 12 milionů metrických tun organické chemikálie 1,3-butadienu, který se používá v pneumatikách, lepidlech, tmelech a dalších plastových a pryžových výrobcích. Vyrábějí ho energeticky náročným procesem, který se opírá o ropu, která přispívá ke změně klimatu.
Vědci z RIKEN Center for Sustainable Resource Science zkonstruovali mikroby, aby přeměnili cukr na chemikálii obsaženou v syntetickém kaučuku. Poděkování: © 2021 RIKEN Center for Sustainable Resource Science
Vědci se po mnoho let pokoušeli vytvořit 1,3-butadien z ekologicky šetrnějších výchozích materiálů pomocí speciálně navržených mikrobů. Ale předtím se nikomu nepodařilo přeměnit jednoduchý cukr, jako je glukóza, na chemikálii v jednom snadném kroku.
Nyní Yutaro Mori a jeho tři spolupracovníci, všichni v RIKEN Center for Sustainable Resource Science, vytvořili pomocí bakterií pro přeměnu glukózy na 1,3-butadien udržitelný přístup k výrobě pryže a plastů.
Tým RIKEN uspěl v tomto dlouho hledaném cíli tím, že se zaměřil na dvě části procesu biovýroby. Nejprve sestrojili bakteriální enzym, který by mohl přeměnit biologickou sloučeninu, kterou lze vyvinout z glukózy, na 1,3-butadien (obrázek 1). Vědci poté upravili kmen bakterie Escherichia coli použít tento enzym a vyrobit chemikálii. Vzhledem k tomu, že 1,3-butadien je plyn při pokojové teplotě, lze jej snadno zachytit, protože bakterie pokračují v dělení a růstu.
Technika má před sebou ještě kus cesty, než bude připravena pro průmyslový primetime. Tým RIKEN dokázal syntetizovat pouze asi 2 gramy 1,3-butadienu na litr mikrobiálního nálevu. Aby byla metoda nákladově konkurenceschopná s výrobou na bázi ropy, bude zapotřebí mnohem větších množství.
Mori však věří, že s trochou dodatečného inženýrství a optimalizace se tam jeho tým dostane. Nyní dále vylaďují metabolické cesty bakterie a zvyšují účinnost enzymu. Ve spolupráci se společnostmi Yokohama Rubber a Zeon Corporation tým RIKEN také rozšiřuje protokol pro práci s většími objemy mikrobů.
Výzkumníci také zkoumají způsoby, jak využít sílu mikrobů k výrobě dalších chemikálií z obnovitelných zdrojů. „Po dalším výzkumu v oblasti enzymového inženýrství a metabolického inženýrství doufám, že budeme schopni významně přispět k realizaci nízkouhlíkové společnosti a udržitelné bioekonomiky v ne tak vzdálené budoucnosti,“ říká Mori.
Odkaz: „Přímá biosyntéza 1,3-butadienu v Escherichia coli přes ferulík na míru kyselina dekarboxylázový mutant“ od Yutaro Mori, Shuhei Noda, Tomokazu Shirai a Akihiko Kondo, 13. dubna 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-22504-6
