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Pilzgene helfen, Gras in Ethanol umzuwandeln
Gene, die von einem gewöhnlichen Pilz kopiert wurden, könnten die Herstellung von Ethanol aus reichlich vorhandenen Materialien wie Gras und Holzspänen vereinfachen, eine Entwicklung, die eines Tages dazu beitragen könnte, dass Ethanol mit Benzin konkurrieren kann.
Die Transporter: Pilzproteine, die beim Transport komplexer Zucker für die Verdauung helfen, sind in diesem Bild von Hefe zu sehen. Die Transporterproteine wurden mit einem grün fluoreszierenden Protein markiert.
Wissenschaftler haben Gene eines Pilzes entnommen, der auf Gras und abgestorbenen Pflanzen wächst, und sie in Hefe verpflanzt, die bereits verwendet wird, um Zucker in Ethanol umzuwandeln. Die Gene lassen die Hefe Pflanzenteile fermentieren, die sie normalerweise nicht verdauen kann, was möglicherweise die Produktion von Ethanol rationalisiert.
Es ist nur ein effizienterer Prozess, sagt Jamie Cate , Biologe an der University of California, Berkeley und am Lawrence Berkeley National Laboratory. Wenn Sie jeden Cent abrasieren, den Sie können, könnte es mit Öl konkurrieren, sagt Cate, die die Arbeit leitete.
Das meiste Ethanol wird aus einfachen Zuckern hergestellt, wie der aus Maiskernen oder Zuckerrohr gewonnenen Glukose. Ethanolhersteller möchten Glukose aus reichlicheren Quellen wie Maisschalen und -stängeln, Rutenhirse, Holzabfällen und anderen robusten Pflanzenmaterialien verwenden. Aber diese Pflanzenteile bestehen aus Zellulose, einem Kohlenhydrat, das aus langen Zuckerketten aufgebaut ist. Damit Hefe aus diesen Stoffen Ethanol herstellen kann, muss das komplexe Kohlenhydrat zunächst in sehr einfache Zucker zerlegt werden, ein Prozess, der Zeit braucht und normalerweise den Zusatz teurer Enzyme erfordert.
Mit der neuen Technik müssten Ethanolhersteller Zellulose nicht mehr in Einfachzucker zerlegen. Stattdessen müssten sie nur Zellulose in ein Zwischenprodukt namens Cellodextrin abbauen. Die modifizierte Hefe kann damit arbeiten, anstatt darauf zu warten, dass sie bis hin zu Glukose abgebaut wird, wodurch zeit- und kostenaufwändige Schritte entfallen.
Hefe nimmt ein einfaches Molekül wie Glukose und verdaut es als Nahrung, wobei als Nebenprodukt Alkohol entsteht. Die Berkeley-Forscher haben zusammen mit einem Kollegen der Chinesische Akademie der Wissenschaft in Tianjin festgestellt, dass ein orangefarbener Pilz namens Neosporen das auf abgestorbenem Pflanzenmaterial wächst, produziert zwei verschiedene Proteine, die helfen, komplexere Zellulosemoleküle zur Verdauung in die Zellen zu transportieren. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass der Pilz ein Enzym produziert, das beim weiteren Abbau dieser Moleküle helfen kann. Anschließend durchforschten die Forscher das Genom von a Neosporen die Gene zu finden, die für diese Fähigkeiten verantwortlich sind
Lee Lynd , ein Umweltingenieur in Dartmouth, sagt, dass das Konzept, zuckerfermentierende Mikroben so zu verändern, dass sie auch Enzyme produzieren, weithin als der vielversprechendste Ansatz zur Umwandlung von Zellulosematerialien in Ethanol angesehen wird. Viele Forscher arbeiten an der Konsolidierung von Ethanol-Verarbeitungsschritten, sagt er, und einige haben in einigen Teilen des Prozesses bessere Ergebnisse erzielt. Aber Lynd sagt, dass dies das erste Mal ist, dass jemand diese Transporter geklont hat.
Diese Fortschritte sind relevant, zeigen im Prinzip das Versprechen, Mikroben für eine verbesserte Biomasseverarbeitung zu entwickeln, und könnten kommerziell genutzt werden, sagt Lynd. Die Fortschritte allein ermöglichen jedoch nicht und stellen einen relativ frühen Schritt auf einem langen Weg dar.
Die Technik befasst sich nicht mit einem Großteil der Verarbeitung, die bei der Ethanolproduktion erforderlich ist. Ethanolhersteller müssten immer noch Enzyme verwenden, um die Cellulose bis zu einer Zwischenstufe namens Cellodextrin abzubauen. Aber die Hefe kann damit arbeiten, anstatt darauf zu warten, dass sie bis hin zu Glukose abgebaut wird, wodurch Schritte entfallen, die Zeit und Geld kosten.
Für ihre Forschung verwendete die Gruppe einen Hefestamm, der üblicherweise in Labors untersucht wird. Die Gene müssen in Stämme eingebaut werden, die gezüchtet wurden, um den Anforderungen der industriellen Ethanolproduktion standzuhalten. Daran werden Wissenschaftler der University of Illinois arbeiten, die zum Energy Biosciences Institute gehört, das die Forschung finanziert hat. Währenddessen wird Cate weiter studieren Neospora um zu sehen, ob er eine noch bessere Kombination von Genen finden kann. Wir werden immer noch herumstochern und stochern Neospora um zu sehen, welche anderen Tricks es für uns haben könnte, sagt er.
Es könnte fünf Jahre dauern, bis die modifizierte Hefe für den Einsatz in einer Ethanolanlage im Demonstrationsmaßstab einsatzbereit ist, und vielleicht ein Jahrzehnt, bis das so hergestellte Ethanol in Gastanks landet, sagt Cate. Forscher werden für einige Zeit nicht wissen, wie viel Ertragssteigerung die modifizierte Hefe produzieren wird, bis sie in einer Produktionsumgebung ausprobiert wird.
Wir machen eine Verbesserung um 10 bis 20 Prozent, andere Unternehmen verbessern ihre Enzyme um 10 bis 20 Prozent, und plötzlich haben wir die Kosten so gesenkt, dass sie mit Öl konkurrenzfähig sind, sagt Cate.