20.01.2012

Найден эффективный способ получения спирта из водорослей

Учёные сумели наполовину решить проблему масштабного получения биотоплива: удалось модифицировать кишечную палочку так, чтобы она могла сбраживать углеводы бурых водорослей с образованием этанола, пишет Nature News.

Наука давно бьётся над проблемой биотоплива. Если бы удалось найти способ, позволяющий получать максимум биотоплива при минимальных затратах, это позволило бы предотвратить любой топливный кризис и, возможно, вообще отказаться от ископаемых углеводородов. Таким топливом мог бы стать этанол, продукт ферментации растительного материала. Существуют методы получения биоэтанола из сахарного тростника и кукурузы. Однако использование таких злаков означает, что часть посевных площадей будет отобрана у сельского хозяйства и пищевой промышленности. Кроме того, энергозатраты на выращивание необходимого количества сырья, обработку и орошение почвы могут намного превышать энергию, которую даст добытый таким образом этанол.

Поэтому, с одной стороны, биоинженеры всеми силами пытаются оптимизировать процесс получения этанола из наземных растений, а с другой — ищут для него альтернативные ресурсы. Таковыми могли бы стать водоросли: их культивация не требует особых затрат. Но с ними возникает другая проблема. Этанол получается при переработке растительных углеводов бактериями. Водоросли производят четыре основных вида углеводов: ламинарин, маннитол, альгинат и целлюлозу. Бoльшая доля приходится на альгинат, но именно этот полисахарид обычные бактерии разлагать и не умеют.

Исследователи из Биоинженерной лаборатории в Беркли (США) сообщают в журнале Science о том, что им удалось найти способ эффективного получения этанола из бурых водорослей. Эта разновидность была выбрана потому, что является более неприхотливой, экологически устойчивой и растёт куда быстрее, чем зелёные и красные собратья: так, Macrocystis perifera может за день вырасти на целый метр.

Как же учёные поступили с их экзотическими углеводами? Обычные бактерии, действительно, не могут сбраживать углеводы водорослей, но на это способны морские бактерии, такие как Vibrio splendidus. Основная сложность состояла в том, чтобы определить биохимический путь, отвечающий у V. splendidus за расщепление альгината, и эта проблема была преодолена. В кишечную палочку Escherichia coli вставили соответствующие гены её океанического «коллеги», после чего E. coli приобрела способность расщеплять водорослевый альгинат и делать на его основе этанол.

Исследователи подчёркивают, что ферменты, расщепляющие полисахариды, выделяются бактериями во внешнюю среду, поэтому промежуточный продукт, получающийся при таком расщеплении, легко использовать для синтеза других органических веществ (например, пластика или нейлона) или иных спиртов (скажем, бутанола) либо для получения биодизеля.

Впрочем, как признают сами авторы, им удалось решить лишь одну из двух проблем, возникающих при добыче биотоплива из водорослей. Вторая, не менее серьёзная, связана с решением задачи их масштабного культивирования. Хотя человек давно научился выращивать водоросли, до сих пор их продукция не выходит за пределы примерно тысяч тонн, необходимых для пищепрома. Для производства же биотоплива потребуются миллионы и миллиарды тонн, и технологические решения для культивации таких огромных масс ещё предстоит открыть.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА