دستکاری میکروبها برای تولید ترکیبات ارزشمند از گیاهان

محققان مرکز پلیمرهای پایدار NSF یک فناوری بهینه برای ساخت مایعات پایدار مشابه ترکیبات نفتی ارائه کرده‌اند که در آن از ترکیب دو فناوری مختلف استفاده شده است. ابتدا گلوکز به‌دست‌آمده از گیاهان با میکروب‌ها تخمیر شد تا بیشتر اکسیژن این ترکیب حذف شود. در مرحله دوم، کاتالیزورهای اکسید فلز، اکسیژن باقیمانده را از بین بردند و مولکول‌ها را با هم ترکیب کردند تا توزیع مفیدی از الفین‌ها را که بلوک‌های سازنده صنایع شیمیایی هستند، ایجاد کنند.

گروه پروفسور چانگ یک سویه منحصر به فرد از اشریشیا کلی ایجاد کردند که گلوکز را به هیدروکسی اسیدهای هشت و 10 کربنی تبدیل می‌کرد. میکروب‌ها از طریق مهندسی ژنتیک بهینه شدند تا بتوانند این مولکول‌ها را از قند گیاهی بسازند.

چانگ گفت که مولکول هدف به گونه ای طراحی شده است که اکسیژن در موقعیت های راهبردی باقی بماند تا تبدیل پایین دستی را کارآمدتر کند.

میشل چانگ، پروفسور شیمی و مهندسی شیمی و زیست مولکولی در دانشگاه کالیفرنیا برکلی و رهبر این گروه تحقیقاتی گفت: «دیدگاه ما در ابتدا این بود که ما نیاز به یافتن مولکولی داشتیم که بتواند به راحتی با تخمیر، بیشتر اکسیژن را از گلوکز جدا کند. ما برای استفاده از قابلیت‌های منحصربه‌فرد زیست‌شناسی مولکولی، فرآیندی شیمیایی را بهینه‌سازی کردیم تا پس از آن بتوانیم بقیه مشکل را با کاتالیزورهای نانوذرات فلزی حل کنیم.»

گستردگی محصولات ممکن، بسته به کاتالیزور انتخابی و شرایط واکنش، به این معنی است که فناوری ترکیبی تخمیر-کاتالیزور را می‌توان برای تولید تقریباً کل مواد شیمیایی فرآوری نشده، مانند نفت معمولی اما با منابع تجدیدپذیر زیستی، تنظیم کرد.

رویکرد ترکیبی تخمیر و پالایش شیمیایی، مزیت رقابت اقتصادی با محصولات متعارف مشتق شده از سوخت‌های فسیلی را دارد و در عین حال پایداری را نیز بهبود می‌بخشد. فن‌آوری‌ها برای یافتن روش‌های پردازش کم‌مصرف و کم‌هزینه که منجر به کارآمدترین روش کلی برای ساخت مواد شیمیایی می‌شود، ادغام شده‌اند.

مارک هیل مایر، مدیر مرکز و شیمیدان دانشگاه مینه سوتا گفت: «این یک رویکرد علمی منحصر به فرد برای یک فناوری جدید پایدار است که توسط تحقیقات هم افزایی که بین گروه های تحقیقاتی متفاوتی که در مرکز پلیمرهای پایدار NSF پشتیبانی می شوند، تسهیل شد.»

 دیوید برکوویتز، مدیر بخش شیمی NSF، گفت: «این پیشرفت مرکز پلیمرهای پایدار NSF نشان‌دهنده ورود سبز و خلاقانه به بلوک‌های ساختمانی پلیمرها/پلاستیک‌های ارزشمند است. تیم چانگ با ترکیب هوشمندانه زیست شناسی و شیمی، جایگزین جدید و بالقوه تجدیدپذیر زیستی را برای کراکینگ نفتی باز کرده است. این نتایج نشان می‌دهد که چگونه سرمایه‌گذاری‌های NSF در علوم مشترک و بین‌رشته‌ای می‌تواند زمینه را به سمت توسعه صنایع شیمیایی پایدارتر سوق دهد.»