Новейшая технология повысит производство биодизеля

Новейшая технология повысит производство биодизеля

Значительное изменение в микроорганическом производстве привнесло чистое, возобновляемое биодизельное топливо, которое было достигнуто благодаря новой технологии в синтетической биологии и исследователям из «U. S. Department of Energy» (DOE) и «Joint BioEnergy Institute»(JBEI), сообщает «WordScience.org».

Под новой технологией исследователи подразумевают «Dynamic sensor-regulator system» (динамический датчик-регулятор системы) — он позволяет обнаруживать метаболические изменения в микроорганизмах во время производства жирных кислот основанных на нефти или химических веществах и контролируют экспрессию генов, влияющих на это производство. Результатом одной демонстрации было трёхкратное увеличение микробного производства биодизеля из глюкозы.

«DSRS — является новым, удивительным и мощным инструментом. Это первый пример синтетической системы, которая может динамически регулировать метаболическими путями, совершенствуя производство жирных кислот, альтернативных видов топлива и химических веществ, во время нахождения микробов в биореакторе», — говорит Джей Кислинг (Jay Keasling), генеральный директор «JBEI», возглавлявший это исследование и один из ведущих специалистов по синтетической биологии в мире.

Кислинг, также является заместителем директора Лаборатории биологических наук в Национальной лаборатории Лоренса Беркли (Berkeley Lab) и автором документа, описывающего данное исследование в «Nature Biotechnology» под названием «Design of a dynamic sensor-regulator system for production of FAbased chemicals and fuels» (Дизайн динамического датчика регулятора системы в производстве химикатов и топлива). Со-авторами данного исследования являются Фужонг Чжан и Джеймс Карозерс из «JBEI’s Fuels Synthesis Division».

Потребность в новых видах транспортного топлива, которые являются возобновляемыми и могут быть произведены на устойчивой основе, является очень актуальной. Научные исследования неоднократно показывали, что жидкое топливо, полученное из растительной биомассы, является одном из лучших альтернатив и экономически эффективным средством в промышленном производстве. Основные исследовательские усилия в этом направлении сосредоточены на жирных кислотах — богатые энергией молекулы в клетках растений, которые получили название «природная нефть». Жирные кислоты в настоящее время служат в качестве сырья не только для биодизельного топлива, но и для широкого круга важных химических продуктов, в том числе поверхностно-активных веществ, растворителей и смазочных материалов.

«Микробное производство топлива и химических веществ из жирных кислот, является наилучшей альтернативой химическому синтезу», — говорит Чжан, ведущий автор статьи «Nature Biotechnology». «Тем не менее, высокая продуктивность является важным моментом в микробном производстве и сделает его экономически выгодным».

Воспрепятствование производству микробных жирных кислот на основе химических веществ имело метаболическую неустойчивость во время синтеза продукта.

«Экспрессия генов на слишком низком уровне создаёт узкие места в биосинтетических путях, в то время как выражение на слишком высоком уровне отклоняет клеточные ресурсы от производства ферментов или ненужных промежуточных метаболитов, которые могли бы быть посвящены желаемому химикату», — говорит Чжан. «Кроме того, накопление этих ферментов и промежуточных метаболитов может оказывать токсическое воздействие на микробы, точнее снизить производительность».

Используя инструменты синтетической биологии, имелось несколько стратегий, разработанных для решения этой задачи, но эти стратегии обеспечивали только статическим контролем уровня экспрессии генов.

«Когда в биореакторе до определённого состояния будет настроена система контроля экспрессии генов и изменения условий, система контроля не сможет ответить, в результате чего первыми пострадают продукты синтеза», — говорит Чжан.

В процессе синтеза «DSRS» реагирует на метаболический статус микроба в биореакторе, путём зондирования ключевых промежуточных метаболитов в спроектированных путях. Затем «DSRS» регулирует гены, которые контролируют производство и потребление этих промежуточных метаболитов, чтобы доставить их при таких уровнях и темпах, которые оптимизируют пути для достижения максимальной производительности, даже при изменении условий в биореакторе.

«Природа произвела на свет такие датчики, которые могут быть использованы при нахождении биосинтетического промежуточного звена. Но, естественно они не совсем надёжны в регулировании спроектированных путей, потому что развивались они для поддержки единственного вещества, а не химических веществ в большом количестве», — говорит Чжан.

Чтобы создать свой «DSRS», Чжан, Кизлинг и Карозерс были сосредоточены над штаммом кишечной палочки (E. coli) — бактерия, разработанная в «JBEI» для производства дизельного топлива непосредственно из глюкозы. «E. coli» является хорошо изученным микроорганизмом, врождённая способность которого синтезировать жирные кислоты. Исключительная ответственность перед генетической манипуляцией, делают этот микроорганизм идеальной мишенью для исследований, касающихся биотоплива. В этой последней работе исследователи «JBEI» впервые разработали биосенсоры для ключевого промежуточного метаболита — жирного «acyl-CoA». Затем они разработали набор «ускорителей» (сегментов ДНК), которые повышают экспрессию определённых генов в ответ на клеточные уровни «acyl-CoA». Эти синтетические «ускорители» становятся полностью активированными только тогда, когда присутствуют жирные кислоты и реагент, известный как «IPTG».

«Для максимального увеличения выхода продукта, важно, чтобы «прохудившиеся» от экспрессии гены были отделены от ускорителей», — говорит Чжан. «Так как наши гибридные ускорители подавляются пока не вызван «IPTG», уровни индукции могут быть настроены автоматически «FA / acyl-CoA» уровнем. Они могут быть легко использованы в регулировании производства биодизельного топлива и других жирных кислотах на основе химических веществ».

Благодаря внедрению в производство биодизельного топлива «DSRS» и «E. coli» — повышена производительность топлива, достигнув 28% от теоретического максимума. С дальнейшим разработками данной технологии, производительность биодизеля должна несомненно повысится. «DSRS» также должен присутствовать в микробном производстве и других химических продуктов, основанных как на жирных кислотах, так и за их пределами.

«Учитывая большое количество природных датчиков, наша «DSRS» стратегия может быть распространена на множество других «биосинтетических путей», которые помогут сбалансировать обмен веществ, повысить выпускаемость продукта и стабилизировать производство», — говорит Чжан.

Данное исследование частично было поддержано «DOE Office of Science» и частично «National Science Foundation through» в «Synthetic Biology Engineering Research Center» (SynBERC).

Источник: wordscience.org

Похожие новости:
Nestle Oil производит биодизель из рыбьего жира
Технологи производства биодизеля находят все новые источники сырья для этого вида топлива. Как пишет Еcoindustry, компания Neste Oil на своем перерабатывающем заводе в Сингапуре начала производство возобновляемого дизельного топлива из рыбьего жира, полученного при переработке отходов на рыбозаводах Юго-Восточной ..
2012-05-23 2118 0 Технология
0
Эффективность производства биодизеля поднялась на новых дрожжах
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 ..
2017-01-18 4899 0 Технология
0
Биотопливо из морских водорослей - технология будущего
Ученые из института биоинформатики Вирджинии собрали проект генома последовательности морских водорослей, чтобы помочь ученым США в проекте обнаружения наиболее эффективных видов. Результаты опубликованы в издании Nature Communications.Потребность развития альтернативных возобновимых источников топлива уже достаточно давно признается ..
2012-04-4 2231 0 Технология
0
Ученые Приморья изобрели способ удешевить выпуск пластика в два раза
Ученые Приморья разработали технологию безотходного производства титанового пигмента, которая позволит снизить стоимость краски, бумаги и пластика в 1,5-2 раза, сообщил РИА Новости в среду представитель Дальневосточного федерального университета (ДВФУ). "Сегодня в мире производят около 5 миллионов тонн ..
2014-02-26 1642 0 Технология
0
Ученые научились улучшать биотопливо винными компонентами
Исследователи факультета химической технологии и окружающей среды Университета Страны Басков в Бильбао предложили использовать химические соединения, содержащиеся в вине, для улучшения характеристик дизельного топлива, получаемого из растительных компонентов, сообщает агентство UPI. Ученые обнаружили, что ацетали — производные ..
2013-09-24 1167 0 Технология
0
Новая эпоха в развитии бронированного стекла
Последние сведения, поступившие от ученых, занятых работой с бронированным стеклом, говорят о новых достижениях. Современное стекло настолько крепко, что может выдержать даже попадание пули из крупнокалиберного пулемета и не разрушиться. Заказ на промышленное производство такого стекла поступил от НАТО. Им будут ..
2011-11-1 2733 0 Технология
1
Искусственный фотосинтез стал эффективным
На химфаке Королевского технического института в Швеции сумели создать искусственный механизм фотосинтеза, который по скорости химической реакции не уступает фотосинтезу растений. По словам самих исследователей, это открывает новые перспективы в альтернативной энергетике. Раньше многие пытались воспроизвести часть ..
2012-04-13 3873 0 Технология
0
Panasonic разработала новую технологию цветоразделения
Специалисты компании Panasonic разработали новую технологию цветоразделения, которая вскоре станет заменой цветных светофильтров, используемых в большинстве датчиков современных камер. В отличие от светофильтров, технология Micro Color Splitter позволяет разделить цвета на составляющие, используя явление ..
2013-02-12 1417 0 Технология
0
Новая технология позволит получить нефть из биомассы
Революционно новый метод преобразует все виды биомасс в высококачественную сырую био-нефть, которая потенциально может заменить ископаемое топливо, в силу того, что она очень похожа на натуральную сырую нефть. Разработанное датскими учеными гидротермальное сжижение использует осадок сточных ..
2013-02-9 2724 0 Технология
0
Ученые создали сверхпрочное стекло
Ученые из Японии представили стекло, не уступающее по прочности стали. Созданное ими стекло является тонким и легким. В течение ближайших лет новая технология позволит создать новые материалы и будет удобной для многих сфер деятельности. При  создании стекла использовалось вещество, улучшающее ..
2016-01-06 3742 0 Технология
0
Марсианская технология поможет экологии Земли
Технология, созданная для измерения водяного пара на Марсе, возвращается на Землю для наблюдения за вулканами, промышленными газами и даже посевами.  Ученые из британского исследовательского института RAL Space адаптировали устройство, созданное для измерения газов на других планетах. Теперь, его можно использовать в качестве ..
2013-06-24 1348 0 Технология
0
Ученые создали новые магнитные технологии охлаждения
Новая технология охлаждения опирается на материалы, которые изменяют свою температуру, когда на них воздействует магнитное поле . Доктор Luis Hueso из исследовательского центра CIC nanoGUNE разработал новую технологию для охлаждения микроэлектронных компонентов. Система охлаждения основана на явлении магнитного охлаждения, ..
2013-02-26 2199 0 Технология
0
Новая технология позволит управлять планшетом глазами
Сама по себе технология кажется фантастической, но уже в ближайшем будущем датская компания намерена вывести данное устройство на массовый рынок. На этой неделе европейские инвесторы выделили для компании The Eye Tribe 800 000 долларов на коммерциализацию технологии. Как рассказали представители компании в Копенгагене, в их расположении ..
2012-08-20 1711 0 Технология
0
Новая технология поможет смартфонам работать до 10 раз дольше
Японская компания Shin-Etsu Chemical создала новую технологию производства литий-ионных  аккумуляторов для мобильных устройств. Новая разработка поможет продлить время автономной работы смартфонов и планшетников до 10 раз. Изобретение японцев заключается в том, чтобы заменить применяемый в батареях материал, ..
2013-08-1 1995 1 Технология
0
Новая Wi-Fi технология научит смартфоны лучше ориентироваться в пространстве
Некоммерческая международная ассоциация Wi-Fi Alliance объявила о начале сертификации устройств, снабженных технологией Wi-Fi Aware. Сообщение появилось на официальном сайте организации. С помощью Wi-Fi Aware гаджеты смогут обмениваться информацией еще до установления интернет-соединения. По словам создателей, технология ..
2015-07-15 2971 0 Технология
0