Lemnisca kompaniyasi sanoat miqyosida fermentatsiya xatti-harakatini bashorat qilish uchun dasturiy taʼminot ishlab chiqardi

Qand qamishidan qolgan chiqindilardan hosil boʻladigan ikkinchi avlod etanol (E2G) uglevodli yoqilgʻi ishlab chiqarishni koʻproq ekilgan maydonlarga muhtoj boʻlmasdan kengaytirish uchun alternatifa taqdim etadi. Anʼanaviy etanolning aksiga, bu turdagi yoqilgʻi shakar va birinchi avlod etanol ishlab chiqarilgandan keyin qolgan materiallardan foydalanadi.

Campinas davlat universiteti (Unicamp) tomonidan AQSh institutlari bilan hamkorlikda amalga oshirilgan tadqiqot ushbu texnologiyaning eng katta toʻsiqlaridan biri boʻlgan ishlab chiqarish jarayonining xarajatlari va samaradorligini yengib oʻtishni maqsad qilgan. Tadqiqot etanol ishlab chiqarish samaradorligini oshirish maqsadida genetik jihatdan oʻzgartirilgan bakteriyalarni yaratishga qaratildi.

Bu ish Unicampning Molekulyar biologiya va genetik muhandislik markazida (CBMEG) amalga oshirildi va amerikalik kompaniya Terragia Biofuel uchun patentlangan va litsenziyalangan texnologiyaga olib keldi. Dastlabki sinovlar oʻzgartirilmagan bakteriyalarga nisbatan deyarli 30% gacha samaradorlik oshganini koʻrsatdi.

E2G sifatida qamishni qayta ishlashdan qolgan bagas va boshqa oʻsimlik chiqindilari ishlatiladi. Bu materiallarda toʻqima tuzilmalarida saqlanadigan shakar mavjud boʻlib, ular koʻproq etanol ishlab chiqarish uchun ishlov berish va gidroliz orqali ajratilishi mumkin.

Birinchi avlod etanolga nisbatan asosiy farq aynan bu qoldiq materialdan foydalanishda namoyon boʻladi. Klassik model asosan qamish sharbatiga eʼtibor qaratsa, ikkinchi avlod oldin tashlab ketilgan qismlarni qoʻshimcha energiya manbai sifatida konvertatsiya qilishni maqsad qiladi.

Biomassa foydalanishini oshirishdan tashqari, E2G atrof-muhitga kamroq taʼsirga ega. Bu shuni anglatadiki, uning issiqxona gazlari chiqindilari oddiy etanolga qaraganda 80%, benzinga qaraganda esa 93% gacha kamroq boʻlishi mumkin.

Bu afzalliklarga qaramay, sanoat miqyosida ishlab chiqarish hali ham moliyaviy qiyinchiliklarga duch kelmoqda. E2G ishlab chiqarishning odatiy usuli biomassaning qayta ishlash bosqichlariga va fermentatsiya uchun zarur shakar eritish uchun fermentlar ishlatilishiga bogʻliq boʻlib, bu operatsion xarajatlarni oshiradi.

Unicamp tomonidan olib borilgan tadqiqot Konsolidatsiyalangan bioproses (CBP) deb nomlanuvchi boshqacha yondashuvni taklif qiladi. Ushbu strategiya biomassaning parchalanishi va fermentatsiya bir bosqichda amalga oshirilishi mumkin boʻlgan termofilik anaerob bakteriyalardan foydalanadi, bu esa oldingi protseduralar zaruriyatini kamaytiradi.

Tadqiqot sellyulozni parchalashdagi qobiliyati bilan tanilgan Clostridium thermocellum va etanol hosil qilishda yuqori samarali mikroorganizmdir, Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum bakteriyasini oʻz ichiga olgan. Tadqiqotchilarning maqsadi bu organizmlarning komplementar xususiyatlarini genetik muhandislik orqali birlashtirish edi.

Layse Costa de Souza ning Unicamp CBMEGda ishlab chiqilgan doktorantura tadqiqoti etanol ishlab chiqaruvchi bakteriyaning yuqori samaradorligiga qaysi proteinlar bogʻliqligini oʻrgandi. Ushbu aniqlikka asoslanib, ushbu proteinlarga tegishli genlar CBP jarayonida ishlatiladigan bakteriyaga kiritildi.

Natijada, kengaytirilgan ishlab chiqarish qobiliyatiga ega oʻzgartirilgan chiziq hosil boʻldi. Laboratoriya sinovlarida yaratilgan versiyalardan biri maxsus gidrogenaza kiritilgandan soʻng, nazariy maksimal qiymatning 59,8% dan 88,5% gacha samaradorlik oshganini namoyish etdi.

Tadqiqot bakteriyalarning metabolizmidagi vodorodning roli haqida yangi nuqtai nazar ham berdi. Jamoa HfsD deb nomlangan ferment, avval etanol ishlab chiqarishning potentsial raqobatchisi deb hisoblangan, bioyoqilgʻi hosil boʻlish uchun talab qilinadigan kimyoviy muvozanat uchun muhim mexanizmlarga qatnashishini aniqladi.

Bu kashfiyot kelajakdagi metabolik muhandislik taktikasini yaxshilashga yordam berishi mumkin, chunki u etanol ishlab chiqarishni optimallashtirish faqat maʼlum proteinlarning faolligini kuchaytirish bilan cheklanmasligi, balki hujayraviy reaksiyalarda ishtirok etuvchi molekulalar balansini nazorat qilish bilan ham bogʻliq ekanligini koʻrsatadi.

Eksperimentlar hali ham stansiya miqyosida cheklangan va sanoatda qoʻllanilishidan oldin yanada kengroq baholashlarni talab qiladi. Keyingi vazifalar oʻzgartirilgan bakteriyalarning bioraktorlarda samaradorligini sinovdan oʻtkazish va laboratoriyada erishilgan natijalar kattaroq hajmlarda saqlanib qolishini tasdiqlashni oʻz ichiga oladi.

Loyiha Unicampning Ikkinchi Avlod Kengaytirilgan Bioyoqilgʻi laboratoriyasida ishlab chiqilgan boʻlib, brasiliy va amerikalik olimlarning ishtirokida amalga oshirildi. Texnologiya patent himoyasiga ega boʻlib, litsenziyalangan kompaniya nazoratidagi kengaytirish bosqichlariga davom etadi.