211service.com
Kukurūza gruntēta biodegvielas ražošanai
Cenšoties palīdzēt palielināt valsts biodegvielas piegādi, pētnieki ir izveidojuši trīs ģenētiski modificētas kukurūzas celmus, lai ražotu fermentus, kas sadala augu celulozi cukuros, kurus var raudzēt etanolā. Šādu fermentu iekļaušana tieši augos varētu samazināt izmaksas, kas saistītas ar celulozes pārvēršanu biodegvielā.
Dzinumi un lapas: Lai atvieglotu celulozes sadalīšanos fermentējamos cukuros etanola pagatavošanai, Mariam Sticklen no Mičiganas štata universitātes ģenētiski modificē kukurūzu ar gēniem, kas ražo celulozi noārdošus enzīmus auga kātos un lapās. Fermenti tiek aktivizēti tikai pēc kukurūzas novākšanas, kad augs ir samalts.
Pagājušajā gadā jaunie federālie noteikumi paredzēja līdz 2022. gadam palielināt atjaunojamās degvielas ražošanu līdz 36 miljardiem galonu gadā — gandrīz piecas reizes vairāk nekā pašreizējais līmenis. Mūsdienās gandrīz viss degvielas etanols Amerikas Savienotajās Valstīs tiek ražots no kukurūzas graudiem. Lai sasniegtu nepieciešamo pieaugumu, pētnieki pievēršas citiem avotiem, piemēram, celulozei, kompleksam ogļhidrātam, kas atrodams visos augos. Kukurūzas lapas un stublāji, prēriju stiebrzāles un koka skaidas ir vadošās celulozes piegāžu kandidātes. Celulozes etanolam ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar etanolu, kas ražots no kukurūzas graudiem. Celuloze ir ne tikai ārkārtīgi bagātīga un lēta; pētījumi arī liecina, ka etanola ražošana un izmantošana no celulozes varētu radīt mazāk siltumnīcefekta gāzu.
Tomēr lielākais šķērslis celulozes etanola komerciālai izmantošanai ir celulozes sadalīšanās. Fermentus, kas noārda celulozi, ko sauc par celulāzēm, parasti ražo mikrobi, kas audzēti lielos bioreaktoros, kas ir dārgs un energoietilpīgs process. Lai padarītu celulozes etanolu patiešām konkurētspējīgu, mums patiešām ir jāsamazina šīs izmaksas, saka Maikls J. Bleiloks, sistēmu izstrādes viceprezidents Edenspace, labības biotehnoloģijas uzņēmumā, kas atrodas Manhetenā, KS.
Mariam Sticklen, kultūraugu un augsnes zinātnes profesore Mičiganas štata universitātē Austrumlansingā, izdomāja, ka viņa varētu samazināt fermentu ražošanas izmaksas, izstrādājot kukurūzas rūpnīcas, lai pašas ražotu fermentus. Viņa saka, ka tā vietā, lai paļautos uz energoietilpīgu to ražošanas procesu bioreaktoros, augi izmanto saules brīvo enerģiju, lai ražotu fermentus.
Parasti celulozes sadalīšanai nepieciešamas trīs dažādas celulāzes. Pagājušajā gadā Sticklen ziņoja par kukurūzas modificēšanu ar celulāzes gēnu, kas sagriež garās celulozes ķēdes mazākos gabalos. Gēns nāca no mikroba, kas dzīvo karstā avotā. Mēnesi vēlāk Sticklen ievietoja kukurūzas genomā gēnu, kas iegūts no augsnes sēnītes. Šis gēns kodē fermentu, kas sadala mazākos celulozes gabalus glikozes molekulu pāros. Šajos jaunākajos centienos Sticklen ir modificējis kukurūzu, lai iegūtu fermentu, kas sadala glikozes pārus atsevišķās cukura molekulās; fermentu dabiski ražo mikrobi, kas dzīvo govs vēderā. Gala rezultāts: trīs kukurūzas celmi, no kuriem katrs ražo fermentu, kas ir būtisks celulozes pilnīgai sadalīšanai.
Lai izvairītos no iespējas pārnest gēnus uz citām kultūrām vai savvaļas augiem, fermenti tiek ražoti tikai auga lapās un stublājos, nevis tā sēklās, saknēs vai ziedputekšņos, saka Sticklens. Turklāt, lai novērstu kukurūzas sagremošanu, viņa konstruēja augus tā, lai fermenti uzkrātos tikai īpašos uzglabāšanas nodalījumos šūnu iekšienē, ko sauc par vakuoliem. Celulāzes izdalās tikai pēc auga novākšanas, apstrādes laikā. Sticklen aprakstīja savas modificētās kultūras pagājušajā nedēļā Amerikas Ķīmijas biedrības nacionālajā sanāksmē Ņūorleānā.
Lai gan ir iespējams iekļaut visus trīs gēnus vienā augā, Sticklen saka, ka, izmantojot trīs dažādas kukurūzas šķirnes, no kurām katra satur atšķirīgu gēnu, viņai ļaus kontrolēt celulozes pārvēršanu cukuros. Viņa saka, ka sākotnējie pētījumi liecina, ka fermenti ir tikpat efektīvi kā komerciāli pieejamie fermenti, ja tos apvieno attiecībā 1:4:1. Rezultāti liecina, ka trīs dažādu augu sajaukšana ar vienādām attiecībām nodrošinās vislabāko rezultātu.
Es domāju, ka vakuolos esošo fermentu sadalīšanas stratēģija ir lieliska, saka Masačūsetsas Amherstas universitātes mikrobioloģe Sjūzena Lešīna. Man ir jautājums, vai fermenti darbojas apstākļos, kas ir reāli? Piemēram, dažādas mikrobu sugas izdala savas celulāzes, kas darbojas sinerģiski, lai atdalītu celulozes šķiedras. Lešins saka, ka nav skaidrs, cik labi ferments, kas ņemts no mikroba, kas dzīvo karstā avotā, darbosies ar fermentu, kas iegūts no augsnes sēnītes. Viņa saka, ka šie dažādie fermenti var nebūt aktīvi tādos pašos apstākļos.
Uzņēmums Edenspace, kas pašlaik izstrādā Sticklen tehnoloģiju, plāno gada laikā sākt ģenētiski modificētās kukurūzas izmēģinājumus ar mērķi komercializēt tehnoloģiju nākamo trīs gadu laikā, saka Blailoks. Uzņēmums nav vienīgais šīs stratēģijas īstenošanā: lauksaimniecības biotehnoloģiju uzņēmums Agrivida, kas atrodas Medfordā, MA, arī ģenētiski modificē kukurūzu, lai vienkāršotu celulozes etanola ražošanu.
Tas tiešām ir vērtīgs ceļš, ko iet, saka Maikls Ladishs, Purdjū universitātes lauksaimniecības un bioloģiskās inženierijas profesors Rietumlafajetā, IN. Tomēr dienas beigās tas ir sarežģītāk, nekā šķiet. Galvenais šķērslis ir atrast veidus, kā nodrošināt, lai fermenti izturētu ķīmisko un fizikālo pirmapstrādi, kas nepieciešama, lai no celulozes šķiedrām noņemtu lignīnu — izturīgo polimēru šūnu sieniņās, kas nodrošina augiem izturību, saka Ladishs, kurš pašlaik ir atvaļinājumā no celulozes šķiedrām. Purdjū būs galvenais tehniskais darbinieks Mascoma, biodegvielas uzņēmumā, kas atrodas Braitonā, MA.
Viens risinājums ir konstruēt augus tā, lai tiem būtu nepieciešama tikai viegla pirmapstrāde. Piemēram, Sticklen strādā pie lignīna daudzuma samazināšanas kukurūzā, kā arī modificējot lignīna molekulāro konfigurāciju, kas atvieglotu tā sadalīšanos. Lai gan viņas darbs pašlaik ir vērsts uz kukurūzas modificēšanu, Sticklen saka, ka šo tehnoloģiju galu galā varētu pārnest arī uz citām kultūrām, piemēram, sārtām.