Ученые из США научили пекарские дрожжи производить этанол из несъедобных растительных остатков. Они добились этого с помощью новой питательной среды для грибов и их генной модификации. Теперь дрожжи могут быть использованы для получения этанола и пластика из отходов после сбора кукурузы. Эффективность процесса оказалась сопоставима с таковой для ферментации зерен. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
Кукуруза — самый распространенный злак в США, ее початки используют как в чистом виде, так и для приготовления сиропов и муки. Но несъедобные части растения обычно просто оставляют гнить, причем речь идет об огромных количествах. Одно из современных применений таких остатков — в качестве биотоплива, но его производство все еще остается непростой задачей.
Биотопливо уже довольно давно создается с помощью микробов, в том числе и дрожжей, которые превращают сахара из зерен в этанол. Последний затем смешивается с обычным бензином. Не только зерна, но и несъедобные части растений содержат сахара, но в виде целлюлозы. Эта менее доступная их форма к тому же еще и формирует полимер лигнин. Разорвать химические связи этого вещества, чтобы его переварить, для дрожжей чрезвычайно сложно.
Чтобы помочь дрожжам, ученые обработали целлюлозное сырье в растворе кислоты. При этом разрывается большое число связей, грибам становится проще переварить материал, но есть и побочный эффект. Он связан с токсическим действием альдегидов, образующихся при обработке кислотой. Существуют различные способы борьбы с этим, но все они довольно дороги. Поэтому проще было просто получать этанол из зерен, а несъедобные части выкидывать.
Ранее не было известно, чем конкретно объясняется токсическое действие альдегидов. Авторы исследования начали с поиска генов, которые ответственны за превращение альдегидов в спирты. Оказалось, что наиболее важным является GRE2. Ученые оптимизировали его с помощью метода направленной эволюции и внедрили в геном дрожжей. Теперь микробы оказались способны превращать альдегиды в спирты.
Кроме этого, несколько лет назад была разработана специальная питательная среда. Она позволяет получать большие объемы спиртов с помощью меньшего количества дрожжей. Разработка основана на измерении кислотности среды и уровня калия. Комбинируя генную модификацию и эту среду, ученые смогли получить этанол и прекурсоры пластиков. Эффективность при этом была сопоставима с получением спиртов из зерен.
«Главная проблема новых природных источников этанола — дороговизна. Мы убеждены, что и эта задача решаема с помощью нашей работы. Инфраструктура производства требует минимальных изменений, поэтому можно запросто масштабировать его до индустриальных объемов. Конечно же, не только кукуруза может быть использована для получения целлюлозы. В будущем мы планируем оптимизировать нашу разработку и для других видов топлива. Это позволит решить проблему загрязнения среды судами и крупной техникой, ведь для них нет экономически выгодных безтопливных альтернатив», — рассказал Феликс Лам, ведущий автор исследования из Массачусетского технологического института.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
