Nagpakita ang mga siyentipiko ng isang bagong teknolohiya kung saan ang bioengineered bacteria ay maaaring gumawa ng mga kemikal/polymer na matipid sa gastos mula sa renewable. halaman pinagkukunan
Lignin ay isang materyal na bumubuo ng cell wall ng lahat ng mga tuyong lupa na halaman. Ito ang pangalawang pinaka-masaganang natural na polimer pagkatapos ng selulusa. Ang materyal na ito ay ang tanging polimer na matatagpuan sa mga halaman na hindi binubuo ng carbohydrate (asukal) monomer. Ang mga biopolymer ng lignocellulose ay nagbibigay ng hugis, katatagan, lakas at katigasan sa mga halaman. Ang mga biopolymer ng lignocellulose ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi: ang selulusa at hemicellulose ay bumubuo ng isang balangkas kung saan ang lignin ay isinasama bilang isang uri ng connector kaya nagpapatibay sa dingding ng selula. Ginagawa ng cell wall lignification ang mga halaman na lumalaban sa hangin at mga peste at tinutulungan silang mabulok. Ang lignin ay isang malawak ngunit hindi gaanong ginagamit na nababagong mapagkukunan ng enerhiya. Ang lignin na kumakatawan sa hanggang 30 porsiyento ng lignoscellulose biomass ay isang hindi pinagsamantalang kayamanan - kahit man lang mula sa kemikal na pananaw. Ang industriya ng kemikal ay higit na nakadepende sa mga carbon compound para sa paglikha ng iba't ibang produkto tulad ng pintura, artipisyal na hibla, pataba at higit sa lahat ay plastic. Gumagamit ang industriyang ito ng ilang renewable resources tulad ng vegetable oil, starch, cellulose atbp ngunit ito ay binubuo lamang ng 13 porsiyento ng lahat ng compounds.
Lignin, isang maaasahang alternatibo sa petrolyo para sa paggawa ng mga produkto
Sa katunayan, ang lignin ay ang isa at tanging pinagmumulan ng renewable sa lupa na naglalaman ng malaking bilang ng mga aromatic compound. Ito ay mahalaga dahil ang mga aromatic compound ay karaniwang kinukuha mula sa hindi nababagong pinagmumulan ng petrolyo at pagkatapos ay ginagamit upang makagawa plastik, mga pintura atbp. Kaya, ang potensyal ng lignin ay napakataas. Kung ihahambing sa petrolyo na isang hindi nababagong fossil fuel, ang mga lignoselulo ay nagmula sa kahoy, straw o Miscanthus na mga renewable sources. Ang lignin ay maaaring itanim sa mga bukid at kagubatan at sa pangkalahatan ay neutral sa klima. Ang mga lignocelluloses ay isinasaalang-alang bilang isang seryosong alternatibo sa petrolyo sa nakalipas na ilang dekada. Ang petrolyo ang nagtutulak sa industriya ng kemikal sa kasalukuyan. Ang petrolyo ay isang hilaw na materyal para sa maraming pangunahing kemikal na pagkatapos ay ginagamit upang makagawa ng mga kapaki-pakinabang na produkto. Ngunit ang petrolyo ay hindi nababagong pinagkukunan at lumiliit, samakatuwid ay kailangang tumuon sa paghahanap ng mga nababagong mapagkukunan. Dinadala nito ang lignin sa larawan na tila isang napaka-promising na alternatibo.
Ang lignin ay puno ng mataas na enerhiya ngunit ang pagkuha ng enerhiya na ito ay kumplikado at isang mamahaling proseso at sa gayon maging ang biofuel na nabuo bilang ang resulta ay karaniwang napakataas sa gastos at hindi maaaring matipid na palitan ang "enerhiya ng transportasyon" na kasalukuyang ginagamit. Maraming mga diskarte ang sinaliksik para sa pagbuo ng mga epektibong paraan ng pagbagsak ng lignin at pag-convert nito sa mga mahahalagang kemikal. Gayunpaman, pinaghigpitan ng ilang limitasyon ang conversion ng isang touch plant matter tulad ng lignin upang magamit bilang alternatibong mapagkukunan ng enerhiya o kahit na subukang gawing mas epektibo ang gastos. Ang isang kamakailang pag-aaral ay matagumpay na na-engineered ang bacteria (E. Coli) upang kumilos bilang isang mahusay at produktibong bioconversion cell factory. Bakterya lumago at maramihang napakabilis at nagagawa nilang makatiis ng malupit na mga prosesong pang-industriya. Ang impormasyong ito ay pinagsama sa pag-unawa sa mga natural na magagamit na mga degrader ng lignin. Ang gawain ay nai-publish sa Mga Pamamaraan ng National Academy of Science USA.
Nalutas ng pangkat ng mga mananaliksik na pinamumunuan ni Dr Seema Singh sa Sandia National Laboratories ang tatlong pangunahing problema na nararanasan sa paggawa ng lignin sa mga kemikal sa platform. Ang unang malaking hadlang ay iyon bakterya Ang E.Coli sa pangkalahatan ay hindi gumagawa ng mga enzyme na kailangan para sa conversion. Ang mga siyentipiko ay may posibilidad na lutasin ang problemang ito ng paggawa ng mga enzyme sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang "inducer" sa fermentation ring. Ang mga inducers na ito ay epektibo ngunit napakamahal at sa gayon ay hindi angkop sa konsepto ng mga biorefinery. Sinubukan ng mga mananaliksik ang isang konsepto kung saan ang isang lignin na nagmula na tambalan tulad ng banilya ay ginamit bilang isang substrate pati na rin ang isang inducer sa pamamagitan ng engineering ang bakterya E.Coli. Malalampasan nito ang pangangailangan para sa isang mamahaling inducer. Bagaman, tulad ng natuklasan ng grupo, ang vanilla ay hindi isang magandang pagpipilian lalo na dahil sa sandaling masira ang lignin, ang vanilla ay nagagawa sa maraming dami at sinisimulan nitong pigilan ang paggana ng E.Coli ibig sabihin, ang vanilla ay nagsisimulang lumikha ng toxicity. Ngunit ito ay nagtrabaho sa kanilang pabor noong inhinyero nila ang bakterya. Sa bagong senaryo, ang mismong kemikal na nakakalason sa E.Coli ay ginagamit upang simulan ang kumplikadong proseso ng "lignin valorisation". Kapag naroroon na ang banilya, pinapagana nito ang mga enzyme at ang bakterya ay magsisimulang i-convert ang vanillin sa catechol, na siyang gustong kemikal. Gayundin, ang halaga ng vanillin ay hindi kailanman umabot sa nakakalason na antas dahil ito ay na-autoregulate sa kasalukuyang sistema. Ang pangatlo at huling problema ay ang kahusayan. Ang sistema ng conversion ay mabagal at pasibo kaya't ang mga mananaliksik ay tumingin sa mas epektibong mga transporter mula sa iba pang bakterya at ginawa ang mga ito sa E. Coli na pagkatapos ay mabilis na sinusubaybayan ang proseso. Ang pagtagumpayan sa mga problema sa toxicity at kahusayan sa pamamagitan ng mga makabagong solusyon ay maaaring makatulong na gawing mas matipid na proseso ang produksyon ng biofuel. At, ang pag-alis ng isang panlabas na inducer kasama ang pagsasama ng auto-regulation ay maaaring higit pang ma-optimize ang proseso ng paggawa ng biofuel.
Mahusay na itinatag na kapag ang lignin ay nasira, ito ay may kakayahang magbigay o sa halip ay "magbigay" ng mga mahahalagang kemikal sa plataporma na maaaring ma-convert sa naylon, plastik, parmasyutiko at iba pang mahahalagang produkto na kasalukuyang nagmula sa petrolyo, isang hindi -nababagong mapagkukunan ng enerhiya. Ang pag-aaral na ito ay may kaugnayan sa pagiging isang hakbang tungo sa pagsasaliksik at pagbuo ng cost-effective na mga solusyon para sa biofuel at bioproduction. Gamit ang teknolohiyang bioengineering makakagawa tayo ng mas malaking dami ng mga kemikal sa platform at ilang iba pang mga bagong produkto, hindi lang sa bacterial E.Coli kundi pati na rin sa iba pang microbial host. Ang hinaharap na pananaliksik ng mga may-akda ay dapat tumuon sa pagpapakita ng isang matipid na produksyon ng mga produktong ito. Ang pananaliksik na ito ay may malaking epekto sa mga proseso ng pagbuo ng enerhiya at ang pagpapalawak ng hanay ng mga posibilidad para sa mga berdeng produkto. Binanggit ng mga may-akda na sa malapit na hinaharap ang lignoselulosa ay dapat talagang makadagdag sa petrolyo kung hindi ito palitan.
***
{Maaari mong basahin ang orihinal na papel ng pananaliksik sa pamamagitan ng pag-click sa link ng DOI na ibinigay sa ibaba sa listahan ng (mga) binanggit na pinagmulan}
Pinagmulan (s)
Wu W et al. 2018. Patungo sa engineering E. coli na may autoregulatory system para sa lignin valorization', Paglilitis ng National Academy of Sciences. 115(12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
