דלק ביולוגי מחיידקים

חיידקי קולי מעכלי תאית הוסבו לבתי זיקוק לדלק ביולוגי

מאת דיוויד ביילו

ייתכן שהחיידק הגורם לרוב הרעלות המזון בארצות הברית יהיה יום אחד מקור עיקרי לדלק לתחבורה. בעזרת כלים של ביולוגיה סינתטית, הצליחו חוקרים לשנות את הגנים של חיידק הקולי (Escherichia coli), הנפוץ במעיים, כך שיעכל צמחייה וייצר ממנה סולר ופחמימנים אחרים.
מדענים מרבים להשתמש בחיידקי קולי בהנדסה גנטית משום שהחיידקים נחקרו רבות והם עמידים היטב לשינויים גנטיים, מסביר המהנדס הכימי ג’יי קיסלינג מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי. החוקרים כבר שינו את החיידק כך שייצר תרופות וכימיקלים, ועכשיו הפכו קיסלינג ועמיתיו את האורגניזמים האלה לבתי חרושת לדלק ביולוגי.

בתחילה שינו המדענים את הגנים של חיידק הקולי כך שיעכל סוכר ויפריש סולר ביולוגי באיכות מספקת להנעת מנוע. הסולר שנוצר צף במכל התסיסה מעל התמיסה המימית ולכן אין צורך לזקק אותו, לנקות אותו או לשבור את דפנות התאים כדי להוציא מהם את הדלק כפי שמקובל בייצור דלק ביולוגי מאצות.

כדי למזער את השלכות התהליך על אספקת המזון בעולם, חיפשו החוקרים בשלב הבא גנים המצויים בחיידקים אחרים המסוגלים לפרק תאית (צלולוז), החומר הקשיח הבונה את רוב חלקי הצמח אך אינו מתאים למאכל אדם. הצוות החדיר את הגנים האלה, המקודדים את ייצור האנזים מפרק התאית, לתוך הקוד הגנטי של חיידק הקולי ואתם עוד מקטע גנטי שמורה לחיידק החדש להפריש את האנזים אל מחוץ לתא. האנזים מופרש אפוא לסביבה, מפרק תאית לסוכר שחיידק קולי מעכל והופך לדלק.

התהליך, שתואר בכתב העת Nature ב-28 בינואר 2010, יעיל מאוד לייצור פחמימנים בעלי 12 אטומי פחמן או יותר. מלבד הסולר, שייך לקבוצה זו גם הדלק הסילוני (קרוסין). אבל עדיין אי אפשר להפיק בדרך זו פחמימנים עם שרשרות פחמן קצרות יותר כדוגמת בנזין. זהו חסרון שקיסלינג שוקד על תיקונו. בל נשכח שבארה”ב לבדה שורפים 530 מיליארד ליטרים של בנזין מדי שנה, לעומת כ-170 מיליארד ליטרים של סולר (ורק 7.5 מיליארד ליטרים של דלק ביולוגי).
קיסלינג אינו היחיד שרואה בחיידק קולי יצרן דלק. כמה חברות מסחריות מנסות אף הן להפיק דלק בכמויות מסחריות באמצעות החיידק הקשוח. הוא “גדל בקצב מהיר, פי שלושה משמרים,” מסביר הגנטיקאי ומפתח הטכנולוגיות ג’ורג’ צ’רץ’ מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת הרווארד, ו”פי מאה יותר מהר מרוב החיידקים הפעילים בחקלאות.”

אבל צריך עוד לעבוד על חיידק הקולי של קיסלינג ולשפר את יעילות ייצור הדלק שלו. “אנחנו עומדים כעת רק על כ-10% מן התפוקה התיאורטית המרבית מסוכר,” אומר קיסלינג. “היינו רוצים להגיע ל-80% או 90% כדי להשיג כדאיות מסחרית. יתר על כן, נצטרך לתכנן תהליך ייצור בכמויות גדולות.” יצירת אורגניזם חדש כרוכה גם בהסרת נתיבים חשובים של חילוף חומרים, כדי שהוא לא ישרוד מחוץ למעבדה בטבע.

האתגרים אינם פשוטים, אבל ההבטחה הטמונה בהישג עצומה. קיסלינג מעריך שבעתיד, חיידקים מהונדסים כאלה יצטרכו לכלות רק 40.5 מיליון דונם של עשב, כרבע מן השטח החקלאי בארה”ב כיום, כדי לייצר דלק שיספק את כל צורכי התחבורה של ארצות הברית.