В новой публикации в журнале Biotechnology for Biofuels and Bioproducts отражены результаты исследования, которые существенно способствуют разработке устойчивых альтернатив ископаемым видам топлива, таких как пластик. Это открытие открывает перспективу доходчивого кругового использования биоэкономики без углеродных выбросов, сообщает Энна Бартлетт из Манчестерского университета.
Доктор Мэтью Фолкнер и его команда провели исследование по улучшению производства цитрамалата - соединения, которое играет ключевую роль в создании возобновляемого пластика, такого как оргстекло или плексиглас.
Используя новаторский подход, названный "дизайн эксперимента", исследователи смогли увеличить производство цитрамалата в 23 раза, исследуя и оптимизируя ключевые параметры процесса.
Цианобактерии - это микроскопические организмы, способные к фотосинтезу, которые могут преобразовывать солнечный свет и CO2 в органические соединения. Их перспективное использование в промышленности обусловлено их способностью превращать CO2, основной парниковый газ, в ценные продукты. Однако, медленный рост и ограниченная эффективность этих организмов создавали проблемы для масштабного применения в промышленности до сих пор.
"Наше исследование направлено на устранение одной из главных проблем при использовании цианобактерий в устойчивом производстве", объясняет Фолкнер. "Мы смогли сделать эту технологию коммерчески привлекательной, оптимизируя способ, которым эти организмы преобразуют углерод в полезные продукты".
Исследователи сосредоточились на изучении штамма цианобактерий Synechocystis sp. PCC 6803, который хорошо известен своими свойствами. Цитрамалат, объект их исследования, производится в один ферментативный этап на основе пирувата и ацетил-КоА (важного соединения для многих биохимических реакций). С помощью тонкой настройки параметров процесса, таких как интенсивность света, концентрация CO2 и доступность питательных веществ, исследователи смогли значительно увеличить производство цитрамалата.
Поскольку первоначальные эксперименты дали лишь небольшие количества цитрамалата, команда решила использовать дизайн экспериментального подхода, чтобы систематически исследовать взаимосвязь между несколькими факторами. В результате, им удалось увеличить производство цитрамалата до 6,35 граммов на литр (г/л) в фотобиореакторах объемом 2 литра, с производительностью 1,59 г/л/день.
Хотя производительность несколько снизилась при увеличении объема реактора до 5 литров из-за проблем с подачей света, исследование показывает, что такие проблемы могут быть управляемыми при масштабировании биотехнических процессов.
Однако результаты этого исследования не ограничиваются только пластиком. Пируват и ацетил-КоА, ключевые метаболиты, необходимые для производства цитрамалата, также являются предшественниками многих других важных биотехнологических соединений. Поэтому методы оптимизации, продемонстрированные в этом исследовании, могут применяться в производстве различных материалов, начиная от биоэнергетики и заканчивая фармацевтическими препаратами.
Это исследование также вносит свой вклад в глобальные усилия по смягчению последствий изменения климата и уменьшению использования невозобновляемых ресурсов, повышая эффективность улавливания и использования углерода.
"Наши исследования подчеркивают важность круговой биоэкономики", отмечает Фолкнер. "Мы не только сокращаем выбросы углерода, превращая их в ценные продукты, но также создаем устойчивый цикл, где углерод служит основой для ежедневно используемых продуктов".
Команда планирует дальше совершенствовать свои методы и исследовать способы масштабирования производства, сохраняя при этом эффективность. Они также изучают возможность адаптировать свой подход для оптимизации других метаболических путей в цианобактериях, чтобы расширить ассортимент устойчивых биопродуктов, которые можно производить.
