محققان دانشگاه Wisconsin-Madison با استفاده از ابزار ویرایش ژن CRISPR و تغییرات نوکلئوتیدی در سویه مخمر حساس به مایعات یونی و پیش تیمار تولید سوخت زیستی، موفق به تولید مخمری شدند که می‌تواند در کنار مایعات یونی که به طور معمول سمی هستند، زنده مانده و عمل تخمیر را انجام دهد. یافته‌های اخیر در مجله Genetics منتشر شد.
در کارخانه تبدیل مواد گیاهی به سوخت زیستی نیز اغلب از شیوه‌ای که طبیعت برای برگرداندن مواد مغذی گیاه به خاک، آب و هوا انجام می‌دهد، الگو برداری می‌شود. سلول‌های گیاهی به طور فیزیکی، شیمیایی و یا توسط باکتری‌ها، تقریبا مشابه تجزیه شدن طبیعی آن‌ها، شکسته می‌شوند.
Try Sato، دانشمند ارشد مرکز تحقیقات انرژی زیستی Madison و پژوهشگر برجسته در زمینه مخمر، اظهار داشت: “روند تجزیه طبیعی مواد گیاهی واقعا کند است. سال‌ها طول می‌کشد تا یک درخت افتاده به طور کامل تجزیه گردد. این مدت زمان با شرایط صنعتی سازگار نیست، جایی که هدف این است تا محصول در سریع‌ترین زمان ممکن برای فروش به بازار برسد.”
بنابراین تولید‌کنندگان سوخت‌های زیستی، با پیش تیمار در زیست توده گیاهی خام، به این فرایند سرعت می‌بخشند. این پیش تیمار‌ها شامل؛ استفاده از گاز آمونیاک، اسید‌ها، گرما و فشار، نمک‌ها (مایعات یونی) و یا ترکیبی از این مواد می‌باشند. با استفاده از پیش تیمار، سلولز که دیواره سلولی و فیبر‌های گیاهی را تشکیل می‌دهد، با آنزیم‌ها شکسته شده و مواد قندی آزاد می‌شود. مواد قندی توسط میکروب‌ها تخمیر شده و به سوخت تبدیل می‌گردد.
استفاده از مایعات یونی برای شروع فرآیند مفید است. اما مشکل اینجاست که بعد از حذف و بازیابی این مایعات یونی از زیست توده گیاهی قبل از تخمیر، مقداری که باقی می‌ماند برای بسیاری از باکتری‌ها سمی است. این مسمومیت ۷۰% کارایی مخمر در تبدیل مواد قندی به سوخت زیستی را کاهش می‌دهد که در واقع فرآیند صنعتی را فلج خواهد کرد.
یکی از راه‌های مطرح شده توسط Sato برای حل این مشکل، جایگزین کردن مخمر با یک میکروارگانیسم دیگر است، که قادر به تخمیر قند‌های سلولزی و تحمل مایعات یونی باشد.
محققان انواع سویه‌های Saccharomyces cerevisiae را مورد مطالعه قرار دادند و با بررسی توالی‌های DNA آن‌ها، یک سویه با تحمل بالا نسبت به مایعات یونی را کشف و یک جفت ژن مسئول بقای بیشتر در مقابل پیش تیمار شیمیایی را شناسایی کردند. یکی از ژن‌ها که SGE1 نامیده می‌شود، پروتئینی را در غشای سلولی مخمر ایجاد می‌کند که به عنوان یک پمپ برای حذف مواد سمی عمل می‌کند.
Sato در خاتمه عنوان کرد: “این یک روش ساده مهندسی است. زمان زیادی نیاز ندارد و گران نیست. با روش CRISPR طی یک یا دو هفته می‌توان آن را ساماندهی و مستقر کرد. گام بعدی این است که از مخمر اصلاح شده در دنیای واقعی در ترکیب با مواد گیاهی به عنوان مواد اولیه سوخت زیستی استفاده شود.”
✅ لینک خبر
✅ لینک مقاله
