Գիտնականները ցուցադրել են նոր տեխնոլոգիա, որի միջոցով բիոինժեներական բակտերիաները կարող են վերականգնվող աղբյուրներից ծախսարդյունավետ քիմիական նյութեր/պոլիմերներ պատրաստել։ գործարան աղբյուրներ
Լիգին նյութ է, որը հանդիսանում է չոր ցամաքային բոլոր բույսերի բջջային պատի բաղկացուցիչ մասը: Այն ցելյուլոզից հետո երկրորդ բնական պոլիմերն է։ Այս նյութը բույսերի մեջ հայտնաբերված միակ պոլիմերն է, որը կազմված չէ ածխաջրերից (շաքար) մոնոմերներ. Lignocellulose biopolymers-ը բույսերին ապահովում է ձև, կայունություն, ամրություն և կոշտություն: Լիգնոցելյուլոզայի կենսապոլիմերները բաղկացած են երեք հիմնական բաղադրիչներից՝ բջջանյութը և կիսցելյուլոզը ձևավորում են շրջանակ, որի մեջ լիգնինը ներառված է որպես մի տեսակ միացնող նյութ՝ այդպիսով ամրացնելով բջջային պատը: Բջջային պատերի խտացումը բույսերը դարձնում է դիմացկուն քամու և վնասատուների նկատմամբ և օգնում նրանց փտելուց: Լիգնինը էներգիայի հսկայական, բայց շատ չօգտագործված վերականգնվող էներգիայի ռեսուրս է: Լիգնինը, որը ներկայացնում է լիգնոցելյուլոզային կենսազանգվածի մինչև 30 տոկոսը, չշահագործված գանձ է, գոնե քիմիական տեսանկյունից: Քիմիական արդյունաբերությունը հիմնականում կախված է ածխածնի միացություններից՝ տարբեր ապրանքներ ստեղծելու համար, ինչպիսիք են ներկը, արհեստական մանրաթելերը, պարարտանյութերը և ամենակարևորը պլաստիկը: Այս արդյունաբերությունը օգտագործում է որոշ վերականգնվող ռեսուրսներ, ինչպիսիք են բուսական յուղը, օսլան, ցելյուլոզը և այլն, բայց դա կազմում է բոլոր միացությունների միայն 13 տոկոսը:
Լիգնին, նավթի հեռանկարային այլընտրանք արտադրանք պատրաստելու համար
Իրականում, լիգնինը երկրի վրա վերականգնվող էներգիայի միակ և միակ աղբյուրն է, որը պարունակում է մեծ քանակությամբ անուշաբույր միացություններ: Սա կարևոր է, քանի որ անուշաբույր միացությունները հիմնականում արդյունահանվում են նավթի չվերականգնվող աղբյուրներից և այնուհետև օգտագործվում են արտադրելու համար: պլաստմասսա, ներկեր և այլն։ Այսպիսով, լիգնինի ներուժը շատ մեծ է։ Նավթի համեմատ, որը ոչ վերականգնվող հանածո վառելիք է, լիգնոցելյուլոզները ստացվում են. փայտ, ծղոտ կամ Miscanthus, որոնք վերականգնվող աղբյուրներ են: Լիգնինը կարելի է աճեցնել դաշտերում և անտառներում և ընդհանուր առմամբ չեզոք է կլիմայի նկատմամբ: Lignocelluloses-ը դիտարկվում է որպես նավթի լուրջ այլընտրանք վերջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում: Ներկայումս քիմիական արդյունաբերության շարժիչ ուժը նավթն է: Նավթը հումք է բազմաթիվ հիմնական քիմիական նյութերի համար, որոնք այնուհետև օգտագործվում են օգտակար ապրանքներ արտադրելու համար: Բայց նավթը չվերականգնվող աղբյուր է և գնալով նվազում է, հետևաբար պետք է կենտրոնանալ վերականգնվող աղբյուրների որոնման վրա: Սա պատկերում բերում է lignin, քանի որ թվում է, թե շատ խոստումնալից այլընտրանք է:
Լիգնինը լի է բարձր էներգիայով, սակայն այդ էներգիայի վերականգնումը բարդ և թանկ գործընթաց է, և, հետևաբար, նույնիսկ ստեղծվում է կենսավառելիք, քանի որ վերջնական արդյունքը սովորաբար շատ թանկ է և չի կարող տնտեսապես փոխարինել ներկայումս օգտագործվող «տրանսպորտային էներգիան»: Բազմաթիվ մոտեցումներ են ուսումնասիրվել՝ մշակելու ծախսարդյունավետ եղանակներ՝ քայքայելու լիգնինը և այն արժեքավոր քիմիական նյութերի վերածելու համար: Այնուամենայնիվ, մի քանի սահմանափակումներ սահմանափակել են հպվող բույսերի նյութի փոխակերպումը, ինչպիսին է լիգնինը, որպես էներգիայի այլընտրանքային աղբյուր օգտագործելու կամ նույնիսկ փորձել է այն ավելի ծախսարդյունավետ դարձնել: Վերջերս կատարված ուսումնասիրությունը հաջողությամբ նախագծել է բակտերիաները (E. Coli)՝ դառնալով արդյունավետ և արդյունավետ կենսափոխակերպման բջիջների գործարան: Բակտերիաների շատ արագ են աճում և բազմապատկվում, և նրանք ի վիճակի են դիմակայել կոշտ արդյունաբերական գործընթացներին: Այս տեղեկատվությունը զուգակցվել է բնականորեն մատչելի լիգնինի դեգրադատորների ըմբռնման հետ: Աշխատությունը տպագրվել է ԱՄՆ Գիտությունների ազգային ակադեմիայի նյութեր.
Սանդիայի ազգային լաբորատորիաներում դոկտոր Սեմա Սինգհի գլխավորած հետազոտողների թիմը լուծեց երեք հիմնական խնդիր, որոնք բախվում են լիգնինը հարթակի քիմիական նյութերի վերածելու հարցում: Առաջին հիմնական խոչընդոտը դա է մանրէներ E.Coli-ն սովորաբար չի արտադրում այն ֆերմենտները, որոնք անհրաժեշտ են փոխակերպման համար: Գիտնականները հակված են լուծել ֆերմենտներ ստեղծելու այս խնդիրը՝ ավելացնելով «ինդուկտոր» խմորման օղակին: Այս ինդուկտորները արդյունավետ են, բայց շատ թանկ են, և, հետևաբար, լավ չեն տեղավորվում բիովերամշակման գործարանների հայեցակարգում: Հետազոտողները փորձել են մի հայեցակարգ, որտեղ լիգնինից ստացված միացությունը, ինչպիսին վանիլն է, օգտագործվել է որպես հիմք, ինչպես նաև որպես ինդուկտիվ՝ ինժեներական մշակման միջոցով: մանրէներ Է.Կոլի. Սա կշրջանցի թանկարժեք ինդուկտորի անհրաժեշտությունը: Թեև, ինչպես պարզեց խումբը, վանիլը լավ ընտրություն չէր, հատկապես այն պատճառով, որ երբ լիգնինը քայքայվում է, վանիլն արտադրվում է մեծ քանակությամբ և այն սկսում է արգելակել E.Coli-ի գործառույթը, այսինքն՝ վանիլինը սկսում է թունավորություն ստեղծել: Բայց սա նրանց օգտին աշխատեց, երբ նրանք նախագծեցին մանրէներ. Նոր սցենարում հենց այն քիմիական նյութը, որը թունավոր է E.Coli-ի համար, օգտագործվում է «լիգնինի արժեքավորման» բարդ գործընթաց սկսելու համար: Երբ վանիլն առկա է, այն ակտիվացնում է ֆերմենտները, և բակտերիաները սկսում են վանիլինը վերածել կատեխոլի, որը ցանկալի քիմիական նյութ է: Բացի այդ, վանիլինի քանակը երբեք չի հասնում թունավոր մակարդակի, քանի որ այն ինքնկարգավորվում է ներկայիս համակարգում: Երրորդ և վերջին խնդիրը արդյունավետության խնդիրն էր։ Փոխակերպման համակարգը դանդաղ և պասիվ էր, ուստի հետազոտողները ուսումնասիրեցին այլ բակտերիաներից ավելի արդյունավետ փոխադրողներ և նախագծեցին դրանք E. Coli-ի մեջ, որն այնուհետև արագ հետևեց գործընթացին: Նման նորարարական լուծումներով թունավորության և արդյունավետության խնդիրների հաղթահարումը կարող է օգնել կենսավառելիքի արտադրությունը դարձնել ավելի խնայող գործընթաց: Եվ արտաքին ինդուկտորի հեռացումը, ինչպես նաև ավտոկարգավորման ներդրումը, կարող են հետագայում օպտիմալացնել կենսավառելիքի արտադրության գործընթացը:
Հստակ հաստատված է, որ երբ լիգնինը քայքայվում է, այն կարող է տրամադրել կամ ավելի ճիշտ «նվիրել» արժեքավոր պլատֆորմի քիմիական նյութեր, որոնք այնուհետև կարող են վերածվել նեյլոնի, պլաստմասսաների, դեղագործական նյութերի և այլ կարևոր ապրանքների, որոնք ներկայումս ստացվում են նավթից՝ ոչ: - վերականգնվող էներգիայի աղբյուր. Այս ուսումնասիրությունը տեղին է կենսավառելիքի և կենսաարտադրության համար ծախսարդյունավետ լուծումների հետազոտման և մշակման ուղղությամբ քայլ լինելու համար: Օգտագործելով բիոինժեներական տեխնոլոգիա, մենք կարող ենք արտադրել ավելի մեծ քանակությամբ պլատֆորմի քիմիական նյութեր և մի քանի այլ նոր վերջնական արտադրանք, ոչ միայն բակտերիալ E.Coli-ի, այլ նաև այլ մանրէաբանական հյուրընկալողների հետ: Հեղինակների հետագա հետազոտությունները պետք է կենտրոնանան այս ապրանքների տնտեսական արտադրության ցուցադրման վրա: Այս հետազոտությունը հսկայական ազդեցություն ունի էներգիայի արտադրության գործընթացների և կանաչ արտադրանքի հնարավորությունների ընդլայնման վրա: Հեղինակները նշում են, որ մոտ ապագայում լիգնոցելյուլոզը պետք է անպայման լրացնի նավթը, եթե ոչ այն փոխարինի:
***
{Դուք կարող եք կարդալ հետազոտական հոդվածի բնօրինակը` սեղմելով ներքևում նշված DOI հղումը` մեջբերված աղբյուրների ցանկում:}
Աղբյուրը (ներ)
Wu W et al. 2018. Դեպի ինժեներական E. coli՝ լիգնինի արժեքավորման ավտոկարգավորիչ համակարգով, Մանրամասն ՀՀ ԳԱԱ. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
