Почему бактерии могут стать ответом на будущее без нефти

Химические вещества окружают нас повсюду и критически важны для множества отраслей — от сельского хозяйства до пищевой промышленности и косметики. Исторически для их производства использовалась нефть, что делает химическую промышленность одним из факторов зависимости общества от нефти.

Раньше нефть считалась дешёвым и доступным сырьём, но сейчас очевидна необходимость сократить её использование — для защиты окружающей среды, национальной безопасности и здоровья людей, учитывая применение нефтепродуктов в пище и косметике.

Решение видят в новых методах промышленной биотехнологии, которые позволяют использовать генетически модифицированные бактериальные клетки вместо нефти для производства химикатов. Бактерии можно выращивать на дешёвых и возобновляемых ресурсах, включая различные виды сельскохозяйственных отходов.

Полезные бактерии

В Центре биологии бактериальных клеток Ньюкаслского университета годами изучают Bacillus subtilis — бактерию, обитающую в почве и даже в кишечнике человека. Этот организм и его родственники отлично производят и выделяют ферменты, которые служат катализаторами для множества полезных процессов. Bacilli уже широко используются в промышленности, например, для производства ферментов в биологических стиральных порошках: протеаз (расщепляющих белковые загрязнения) и амилаз (растворяющих крахмал).

Однако диапазон ферментов, которые они могут эффективно секретировать, ограничен. Изучение фундаментальных структур и процессов бактерии теперь даёт возможность модифицировать клетки для секреции более широкого спектра белков из различных источников. Это значит, что вскоре Bacillus можно будет использовать для производства всех видов ферментов, включая необходимые химической промышленности для замены процессов, зависящих от нефти.

Это огромная возможность. Оборот европейской промышленной биотехнологической отрасли оценивается более чем в €60 млрд в год, а мировой рынок промышленных ферментов, по прогнозам, достигнет $7,1 млрд к 2018 году. Только ферменты для моющих средств — это бизнес на миллиард долларов.

Водоросли против солнечных ожогов

Пример — солнцезащитный крем. Один из проектов в Ньюкасле направлен на разработку органических УФ-абсорбирующих соединений из возобновляемых материалов для использования в солнцезащитных средствах.

Индустрия полагается на нефтехимию и неорганические частицы оксидов металлов для создания УФ-блокирующих материалов. Однако известно, что фотосинтезирующие бактерии — цианобактерии, растущие в море, — производят собственные органические молекулы для защиты от солнца.

Учёные надеются, что, перенеся соответствующие гены из цианобактерий в бактерию, уже широко используемую в химическом производстве, можно будет наладить масштабируемое производство дешёвого органического солнцезащитного средства.

Это лишь один пример того, как бактерии могут поддержать будущее без нефти. Уже ведутся работы по использованию отходов для выращивания бактерий или других микроорганизмов, способных производить такие химические вещества, как этанол, для использования в качестве «биотоплива» для автомобилей и самолётов, что ещё больше сократит потребление нефти.

Чтобы эта перспектива стала реальностью, предстоит ещё много работы. Но, продолжая исследовать, как работают бактериальные клетки и как их можно использовать в химическом производстве, можно увидеть будущее, в котором отходы становятся энергией и мы можем жить без нефти.