Биоинженеры из Массачусетского технологического института создали дрожжи, которые могут преобразовывать сахара в липиды намного эффективнее, чем раньше. Это вплотную приближает ученых к созданию дешевого биодизеля из растительных отходов. Статья об исследовании опубликована в Nature Biotechnology.
Биодизель, полученный из возобновляемых растительных и животных источников, рассматривают как экологичный аналог обычного дизеля, полученного из ископаемого сырья. Одна из основных проблем в его производстве — обеспечение необходимого количества растительного сырья. Растущий спрос на биотопливо приводит к использованию кормовых культур в качестве ресурса для его производства и вытеснению продовольственных посадок топливными.
Довольно эффективным оказалось использование в качестве сырья отработанного пищевого масла, но этого сырья довольно мало и его переработка дорога.
Самый привлекательный ресурс для изготовления биотоплива на сегодняшний день — это сложные растительные углеводы, лигно-целлюлозные соединения, отходы, которые не пригодны для использования в пищевой промышленности. Но для получения биодизеля их нужно преобразовать в липиды.
Для этой цели ученые используют модифицированные линии бактерий и дрожжей, а в качестве сырья на данный момент выступает простой углевод, сахар глюкоза, который можно получить из лигнина и целлюлозы. Но до сих пор эффективность микробных биореакторов была настолько низка, что их было экономически невыгодно использовать для производства топлива.
В новом исследовании ученые предложили решение этой проблемы. Они использовали дрожжи Yarrowia lipolytica, которые в природе расщепляют глюкозу для получения углерода. Этот вид дрожжей и раньше пытались приспособить для получения липидов, но выход конечного продукта был крайне мал.
Исследователи рассчитали «бутылочные горлышки» в метаболизме дрожжей — ограничения, которые не дают им максимально эффективно производить липиды. Одним из таких ограничений оказался недостаточный синтез НАДФ, транспорта электронов, который участвует в синтезе липидов. Ученые добавили улучшенный механизм, синтеза НАДФ из кофермента НАД, который в избытке образуется при расщеплении глюкозы.
Благодаря обновленному механизму преобразования глюкозы в липиды, выход липидов повысился на 25 процентов по сравнению со сконструированными ранее линиями Y. Lipolytica, до 0,27 грамма МЭЖК (метиловые эфиры жирных кислот, практически чистый биодизель) на грамм глюкозы. Новый механизм также уменьшил потребность дрожжей в кислороде, это позволило увеличить плотность культуры Y. Lipolytica в биореакторе и увеличило выход топлива.
Стоимость биодизеля, который можно получить с помощью новой линии дрожжей, приближается к стоимости традиционного топлива. Возможно, в ближайшее время, ученым удастся получить действительно экологичное биотопливо, которое можно будет недорого и массово производить без ущерба пищевой промышленности.
Создание дрожжей-производителей не единственный вариант разработки дешевого биотоплива. Например, калифорнийские исследователи предлагают получать биогаз из навоза а арабские ученые собираются использовать рыб и морскую воду.
