مخمرهای قرمز حاوی سرنخ‌هایی برای تولید سوخت‌های زیستی بهتر
پژوهش منتشر شده در مجله آکادمی ملی علوم، به توصیف ماشین‌های ژنتیکی می‌پردازد که مخمرها از آنها برای تولید پولچریمین (pulcherrimin) استفاده می‌کنند. پولچریمین، رنگدانه‌ای قرمز است که به‌طور طبیعی توسط چندین سویه از مخمرهای وحشی و از طریق همان مسیر بیوشیمیایی سنتز می‌شود که محققان امیدوار به استفاده از آن برای بهبود تولید ایزوبوتانول هستند. این رویکرد گامی کلیدی جهت در اختیارگیری مسیر سنتزی نوین برای تولید ایزوبوتانول به‌عنوان یک سوخت زیستی جایگزین اتانول در مقیاس وسیع است.
دانشمندان دریافتند، مخمرهایی که رنگدانه‌ای مایل به قرمز موسوم به پولچریمین تولید می‌کنند ممکن است کلیدی جهت توسعه مسیر تولید سوخت‌های زیستی پیشرفته باشند. به‌گفته کریس تاد هیتینگر (Chris Todd Hittinger) -رهبر این پژوهش-: “در مقایسه با نخستین نسل سوخت‌های زیستی مانند اتانول، ایزوبوتانول دارای محتوای انرژی بالاتری است، با بنزین بهتر ترکیب می‌شود، سبب کاهش خوردگی و سازگاری بیشتر با فناوری‌های موتوری موجود است. اما موانع قابل‌توجهی برای تولید مداوم این سوخت از محصولات اختصاصی انرژی وجود دارد.”
به‌گفته دیوید کراس (David Krause) –نویسنده اصلی پژوهش جدید GLBRC-: “مخمرها معمولاً تحت شرایط عادی، مقدار اندکی ایزوبوتانول و اغلب گونه‌های مورد مطالعه، اتانول را در طول تخمیر تولید می‌کنند. اما از آنجایی‌که مراحل اولیه سنتز ایزوبوتانول مشابه مسیر ساخت پولچریمین است، نظر محققان به آن جلب شد.”
وی افزود: “احتمالاً با روشی بتوان از مخمرهای تولیدکننده پولچریمین برای تولید ایزوبوتانول بیشتر استفاده کرد. با استفاده از برخی گونه‌های مخمر و قراردهی کربن بیشتر در مسیرهای سنتزی، سعی در تبدیل محصول از پولچریمین به ایزوبوتانول داریم.” یکی از چالش‌ها نبود اطلاعاتی مانند چگونگی ساخت پولچریمین توسط مخمرها است. تحقیقات مولکولی اندکی بر روی خواص شیمیایی و ضدمیکروبی آن تمرکز داشته‌اند. رایج‌ترین گونه‌های مخمر آزمایشگاهی، ساکارومیسس سرویسیه (Saccharomyces cerevisiae)، نیز به‌هیچ‌وجه پولچریمین نمی‌سازند.
محققان از مقایسه تجزیه و تحلیل حاصل از بررسی ژنوم‌های حدود ۹۰ گونه مخمر برای شناسایی ژن‌های درگیر در تولید پولچریمین استفاده کردند. آنها خوشه‌ای چهار ژنی با نقش‌های مکمل یافتند و آن را PUL1-4 نامیدند. از طریق ویژگی‌های ژنتیکی گسترده، مشخص شد که PUL1 و PUL2 به ایجاد این مولکول نیازمند هستند، در حالی‌که PUL3 و PUL4 به انتقال مخمر کمک و تولید آن را تنظیم می‌کنند. این اولین گزارش از خوشه‌ای ژنی در جوانه مخمرها با مسئولیت تولید یک نوع ترکیب شناخته شده به‌عنوان متابولیت ثانویه است.
از سوی دیگر ژن‌های PUL3 و PUL4 در بسیاری از گونه‌های مخمر که پولچریمین نمی‌ساختند همچنان کار می‌کردند. بررسی الگوهای موجود در بسیاری از گونه‌های مخمر نشان می‌دهد که حفظ این ژن‌ها به برخی از گونه‌ها اجازه سرمایه‌گذاری بر روی پولچریمین ساخته شده توسط دیگران را می‌دهد. در واقع این می‌تواند یک روند تکاملی به‌سوی ارگانیسم‌هایی باشد که توانایی تولید مولکولی در آنها از بین رفته اما هنوز توانایی استفاده از آن مولکول را دارا هستند. بنابراین، همسایگان آنها پولچریمین می‌سازند و آنها بدون متحمل شدن هزینه‌های ساخت، از آن استفاده می‌کنند.
با درکی بهتر از مراحل درگیر در تولید پولچریمین، محققان در حال تلاش برای تنظیم ماشین‌آلات تولید هستند تا به جای ساخت ایزوبوتانول، آن را از فرایند تبدیل تهیه کنند. به‌گفته کراس: “این تحقیق نقطه شروعی برای شناخت پولچریمین و استفاده از آن برای تهیه سوخت‌های زیستی می‌باشد.”
☑ منبع خبر
☑ لینک مقاله
