Как научить микроб производить топливо

Скромная почвенная бактерия Ralstonia eutropha обладает природной способностью в случае стресса останавливать процессы роста и перенаправлять энергию на производство сложных углеродных соединений.

Исследователи из Массачусетского технологического института (США) взялись обучить впечатлительный микроорганизм новым трюкам: поколдовав над генами микроба, учёные заставили получившегося мутанта синтезировать изобутиловый спирт, который может использоваться либо как полная замена ископаемому топливу, либо в качестве добавки к нему.

Бактериальная культура Ralstonia eutropha (микрофото Christopher Brigham / MIT).

На этом мучения микроба не закончились. Вдохновившись первыми успехами, Кристофер Бригэм (Chris Brigham) и его коллеги работают нынче над тем, чтобы заставить микроорганизм использовать в качестве источника углерода только углекислый газ, да так, чтобы микроб мог синтезировать спиртовое топливо прямо из автомобильного выхлопа.

Надо заметить, что это уже граничит с желанием создать вечный двигатель, — ну или придётся научить микроб поглощать солнечный свет, то есть превратить живой организм в полурастение. Конвертация CO₂ во что либо — чрезвычайно энергетически невыгодный процесс, и кто-то должен это «оплатить». В случае растений всё оплачивает солнце, но почвенная бактерия не может иметь даже намёка на фотосинтез или на какую-либо ещё систему, способную поглощать солнечный свет.

С подробностями текущего исследования можно ознакомиться в журнале Applied Microbiology and Biotechnology.

Учёные поясняют, что в природе, когда источники важнейших для этого микроба питательных веществ (нитраты и фосфаты) резко ограничены, он переходит в режим запасания углерода, останавливая все процессы, связанные с ростом. При этом микроорганизм использует любые доступные в почве источники углерода, конвертируя их в полимер, похожий на производимые нефтехимпромом пластики. Поместив в R. eutropha новый для неё ген, взятый у другого организма, и повозившись с экспрессией старых генов, биохимики смогли переориентировать микроорганизм на производство спирта вместо пластика. Хотя в лабораторных условиях бактерия с удовольствием осваивала фруктозу, сахар и другие богатые энергией источники, щедро расплачиваясь за это топливом, авторы работы утверждают, что их подопечная с тем же рвением примется за любые сельскохозяйственные и даже бытовые (но только органические) отходы.

Этим достоинства выведенного мутанта не ограничиваются. Иначе это было бы слишком скучно, почти обыденно. В отличие от многих биоинженерных систем, в которых микробы продуцируют желаемый химикат внутри собственного «тела» и должны быть попросту уничтожены для того, чтобы собрать продукт, R. eutropha наделена природным даром выбрасывать продукт (в данном случае изобутанол) в окружающую жидкость, где он постоянно отбирается без остановки биореактора.

Ещё раз напомним, что, в отличие от более простых спиртов, изобутанол может напрямую заменить бензин без каких-либо серьёзных модификаций двигателя (или вообще без изменений). И это уже используется в некоторых спорткарах.

Подготовлено по материалам MIT News.