با استفاده از مهندسی میکروبی می‌توان آلودگی ها در نیروگاه‌های تخمیر زیستی را کاهش داد

این شیوه می‌تواند باعث کاهش هزینه‌ها و حذف نیاز به آنتی بیوتیک‌ها در فرآیند تولید سوخت‌های زیستی شود.

به کمک یک روش مهندسی متابولیک جدید، هزینه و تاثیر زیست‌محیطی تولید سوخت‌های زیستی و مواد بیوشیمیایی به عنوان جای‌گزین‌هایی برای محصولات نفت-پایه، می‌تواند کاهش چشمگیری داشته باشد.

می توان سوخت‌ها و مواد شیمیایی را با استفاده از میکروب‌ها جهت تبدیل شکر موجود در ذرت، نیشکر و زیست‌توده‌(biomass) های سلولزی به محصولاتی مانند اتانول و دیگر مواد شیمیایی، با استفاده از فرآیند تخمیر تولید نمود.

یکی از مشکلات خاص پیش روی تولیدکنندگان، آلودگی مخازن تخمیر توسط دیگر میکروب‌های ناخواسته است. این مهاجمین می‌توانند در رقابت بر سر مواد مغذی، میکروب‌های مولد را شکست دهند و در نتیجه تولید و بهره‌وری را کاهش دهند.

برای نابود کردن میکروب‌های مهاجم، شرکت‌ها یا باید از سترون سازی با بخار استفاده کنند، که مستلزم ساخت مخازن تخمیر از جنس فولاد ضد‌زنگ و البته گران‌قیمت است یا مجبور به استفاده از آنتی‌بیوتیک‌های پرخرج و گران هستند.

در مقاله‌ای که به تازگی در مجله Science به چاپ رسیده است، محققین  MIT و Novogy شیوه‌ای جدید را تشریح کرده اند که سبب ارجحیت و برتری میکروب‌های مولد در برابر مهاجمان ناخوانده می‌شود و در نتیجه نیاز به چنین روش‌های سترون‌سازی گران و احتمالا آسیب رسان را از بین می برد.

پروفسور «گرگوری استفانوپولوس» استاد مهندسی شیمیایی و زیست‌فناوری در MIT می‌گوید: «ما میکروب‌هایی ساختیم که می‌توانند از برخی ترکیبات مصنوعی نیتروژن‌دار مانند ملامین بهره‌برداری کنند.» ملامین یک ماده شیمیایی مصنوعی و ترکیبی تجزیه‌ناپذیر(xenobiotic) است که ۶۷ درصد وزن آن را نیتروژن تشکیل می‌دهد.

پالایشگاه‌های تخمیر زیستی متداول، عموماً از آمونیوم به عنوان منبع نیتروژن برای تامین منابع استفاده می‌کنند. اما ارگانیسم‌های آلوده‌کننده مانند Lactobacilli نیز می‌توانند از آمونیوم، نیتروژن استخراج کنند که به آن‌ها اجازه می‌دهد امکان رشد و رقابت با میکروارگانیسم‌های مولد را داشته باشند.

محققین، باکتری اشریشیا کلای را با یک مسیر ۶-مرحله‌‌ای سنتزی، مهندسی ژنتیک کردند که به آن امکان می‌دهد تا آنزیم‌های لازم برای تبدیل ملامین به آمونیاک و کربن دی‌اکسید را طی یک راهبرد بیان کند. آنان لقب «ROBUST» را به این راهبرد داده‌اند.

سپس محققین بر روی مهندسی مخمر Saccharomyces cerevisiae به منظور بیان یک ژن که آن را قادر به  تبدیل «سیانامید» ¬— ماده شیمیایی حاوی نیتریل — به اوره — به عنوان منبع نیتروژن — می‌سازد؛ تحقیق کردند.
سویه مهندسی‌شده می‌تواند با وجود سیانامید به عنوان تنها منبع نیتروژن رشد کند.

در نهایت پژوهشگران دو مخمر S. cerevisiae و Yarrowia lipolytica را برای استفاده از پتاسیم فسفیت به عنوان منبعی از فسفر، مهندسی کردند.

مشابه سویه مهندسی‌شده E. coli، هر دو مخمر مهندسی‌شده در صورت تغذیه با این مواد شیمیایی، قادر به حذف سویه‌های طبیعی بودند.

استفانوپولوس از محققین ارشد طرح می‌گوید:
با مهندسی نژادها به منظور توانمند‌سازی آن‌ها در بهره‌برداری از منابع غیر معمول فسفر و نیتروژن، ما به آن‌ها مزیتی می‌دهیم که قادرشان می‌سازد تا بدون سترون‌سازی بر هر میکروبی که ممکن است به ظرف تخمیر حمله کند، غلبه کنند.

میکروب‌ها بر روی انواعی از زیست‌توده‌های خام همچون خمیر ذرت، مواد سلولزی هیدرولیز شده و نیشکر با موفقیت آزمایش شدند که نشانه‌ای از کاهش بهره‌وری در مقایسه با سویه‌های طبیعی دیده نشد.

به گفته پژوهشگران طرح، راهبرد ROBUST برای ارزیابی صنعتی آماده است. این روش، توسط پژوهشگران Novogy، که نژادهای مهندسی‌شده را در مقیاس آزمایشگاهی و سنجش‌هایی با مخازن تخمیر هزار لیتری آزموده‌اند، و Felix Lam از دانشگاه MIT، سرپرست سنجش هیدرولیز سلولزی، توسعه یافته است.

☑️لینک خبر: yon.ir/iD7A
☑️لینک مقاله : yon.ir/APqW