В течение многих десятилетий мы полагались на ископаемые ресурсы для производства жидкого топлива, такого как бензин, дизельное топливо, а также многих промышленных и бытовых химикатов для повседневного использования. Однако растущая нагрузка на природные ресурсы, а также экологические проблемы, включая глобальное потепление, вызвали большой интерес к разработке устойчивых способов получения топлива и химикатов.
Бензин, нефтепродукт, который наиболее широко используется в качестве топлива для транспорта, представляет собой смесь углеводородов, присадок и добавок. Углеводороды, называемые алканами, состоят только из атомов углерода и водорода. Бензин представляет собой комбинацию алканов (углеводородов) с прямой и разветвленной цепью, состоящую из 4-12 атомов углерода, связанных прямыми углерод-углеродными связями.
Ранее путем метаболической инженерии Escherichia coli (E. coli) было получено несколько результатов исследований по производству длинноцепочечных алканов, которые состоят из 13-17 атомов углерода, подходящих для замены дизельного топлива. Однако не было сообщений о микробном производстве короткоцепочечных алканов, возможных заменителей бензина.В статье (озаглавленной «Производство короткоцепочечных алканов с помощью микробов»), опубликованной в Интернете 29 сентября в журнале Nature, корейская исследовательская группа во главе с выдающимся профессором Санг Юп Ли из Департамента химической и биомолекулярной инженерии Корейского института перспективных наук и Technology (KAIST) впервые сообщила о разработке новой стратегии микробного производства бензина посредством метаболической инженерии E. coli.Исследовательская группа разработала метаболизм жирных кислот, чтобы получить производные жирных кислот, которые короче, чем нормальные внутриклеточные метаболиты жирных кислот, и представила новый синтетический путь биосинтеза короткоцепочечных алканов.
Это позволило впервые разработать платформенный штамм E. coli, способный производить бензин. Кроме того, этот платформенный штамм при желании можно модифицировать для получения других продуктов, таких как сложные эфиры жирных кислот с короткой цепью и спирты с короткой цепью жирных кислот.В этой статье корейские исследователи подробно описали стратегии для 1) скрининга ферментов, связанных с производством жирных кислот, 2) разработки ферментов и путей биосинтеза жирных кислот для концентрации потока углерода в направлении производства короткоцепочечных жирных кислот и 3) превращение короткоцепочечных жирных кислот в соответствующие алканы (бензин) путем внедрения нового пути синтеза и оптимизации условий культивирования.
Кроме того, исследовательская группа показала возможность получения сложных эфиров жирных кислот и спиртов путем введения ответственных ферментов в один и тот же платформенный штамм.Профессор Сан Юп Ли сказал: «Это только начало работы по устойчивому производству бензина. Титр довольно низкий из-за низкого метаболического потока в сторону образования короткоцепочечных жирных кислот и их производных.
В настоящее время мы работаем над увеличение титра, выхода и производительности биобензина. Тем не менее, мы рады впервые сообщить о производстве бензина посредством метаболической инженерии E. coli, которая, как мы надеемся, послужит основой для метаболической инженерии микроорганизмов для производства топлива и химикатов из возобновляемых источников ».