Инженеры превратили дрожжевые клетки в «сладкую сырую» биотопливную нефть

Исследователи из Инженерной школы Кокрелла Техасского университета в Остине создали новый источник возобновляемой энергии — биотопливо из генетически модифицированных дрожжевых клеток и обычного столового сахара. Эти дрожжи производят масла и жиры (липиды), которые могут заменить продукты нефтепереработки.

Команда под руководством доцента Хала Альпера создала клеточную платформу. Поскольку дрожжи растут на сахарах, Альпер называет получаемое биотопливо «возобновляемой версией сладкой сырой нефти».

Платформа обеспечивает самую высокую из зарегистрированных концентрацию масел и жиров, полученных методом ферментации — культивирования клеток для преобразования сахара в такие продукты, как спирт, газы или кислоты. Работа опубликована в Nature Communications 20 января.

Исследователям удалось перенастроить дрожжевые клетки так, чтобы до 90% их массы составляли липиды, пригодные для производства биодизеля.

«Эта величина липидов приближается к концентрации, наблюдаемой во многих промышленных биохимических процессах», — заявил Альпер. Полученные липиды теоретически можно использовать для заправки автомобиля.

Поскольку жирные материалы — строительные блоки для многих товаров, этот процесс может применяться для производства различных продуктов, изготавливаемых из нефти или масел: от нейлона и пищевых добавок до топлива. Рынок биотоплива и химикатов, производимых живыми организмами, является перспективной частью рынка возобновляемой энергии. Ожидается, что в ближайшие годы глобальный рынок биотоплива удвоится: с $82,7 млрд в 2011 году до $185,3 млрд в 2021.

«Мы взяли штамм дрожжей Yarrowia lipolytica и превратили его в фабрику по производству масла непосредственно из сахара», — пояснил Альпер.

Полученное биотопливо по составу аналогично биодизелю из соевого масла. Преимущества использования дрожжей: их можно выращивать где угодно, они не конкурируют за земельные ресурсы, и их легче генетически модифицировать, чем другие источники биотоплива.

В ходе масштабной четырехлетней работы исследователи генетически модифицировали Yarrowia lipolytica, удаляя и усиливая экспрессию конкретных генов, влияющих на производство липидов. Кроме того, команда определила оптимальные условия культивирования, отличающиеся от стандартных.

Традиционные методы полагаются на азотное голодание, чтобы заставить дрожжевые клетки накапливать жир. Технология Альпера позволяет выращивать липиды без азотного голодания, что крайне привлекательно для промышленного производства. На эту технологию Техасский университет подал заявку на патент.

Команде удалось увеличить уровень липидов почти в 60 раз от исходной точки. При 90% содержании липидов платформа обеспечивает самый высокий на сегодня уровень, достигнутый с использованием генетически модифицированных дрожжевых клеток. Для сравнения, другие дрожжевые платформы дают содержание липидов в диапазоне 50–80%, но не всегда производят липиды напрямую из сахара.

Альпер и его команда продолжают искать способы дальнейшего повышения уровня производства липидов и разработки новых продуктов с использованием этих дрожжей.