Новый подход может снизить стоимость и устранить необходимость в антибиотиках при производстве биотоплива

Стоимость и экологическое воздействие производства жидких биотоплив и биохимикатов как альтернативы нефтепродуктам могут быть значительно снижены благодаря новой технике метаболической инженерии.

Одна из ключевых проблем производителей — загрязнение ферментационных сосудов нежелательными микроорганизмами, которые конкурируют с производственными микробами за питательные вещества. Для этанола эта проблема решается его естественной токсичностью для большинства микроорганизмов, кроме дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Однако для более совершенных биотоплив и биохимикатов это не так.

Для борьбы с загрязнениями компании вынуждены использовать либо дорогую стерилизацию паром, требующую сосудов из нержавеющей стали, либо антибиотики. Последнее способствует появлению устойчивых штаммов бактерий, усугубляя глобальную проблему антибиотикорезистентности.

В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи из MIT и стартапа Novogy описывают новую технику, которая дает производственным микробам преимущество перед нежелательными «захватчиками».

Суть метода ROBUST

Исследователи модифицировали микробы (такие как Escherichia coli), наделив их способностью извлекать жизненно важные азот и фосфор из нетрадиционных источников, которые можно добавлять в ферментационные сосуды.

• Азотный источник: Инженерные штаммы E. coli получили синтетический шестиступенчатый путь, позволяющий им преобразовывать меламин в аммиак и CO₂. Меламин — ксенобиотик, содержащий 67% азота по весу. Загрязняющие организмы (например, лактобациллы) не имеют генетических путей для его использования и не могут расти.
• Азотный источник для дрожжей: Saccharomyces cerevisiae была модифицирована для экспрессии гена, позволяющего преобразовывать цианамид в мочевину и получать из неё азот.
• Фосфорный источник: Дрожжи Saccharomyces cerevisiae и Yarrowia lipolytica были модифицированы для использования фосфита калия в качестве источника фосфора.

Результаты и преимущества

• В смешанных культурах модифицированные штаммы E. coli и дрожжей быстро вытесняли природные штаммы при питании указанными нетрадиционными химикатами.
• Тестирование на различных видах сырья (кукурузная брага, целлюлозный гидролизат, сахарный тростник) не показало потери производительности по сравнению с природными штаммами.
• Поскольку преимущество инженерных штаммов проявляется только при наличии специальных химикатов, риск их неконтролируемого распространения в природной среде крайне низок.

Технология ROBUST готова к промышленной оценке. Она была протестирована в лабораторном масштабе и на установках объемом 1000 литров. Novogy планирует использовать её в собственном производстве и лицензировать для других производителей.