חיידק שהונדס לייצר דלק מעשבים

“מחקר זה מדגים לנו כי ניתן להפחית את עלותו של אחד מהשלבים היקרים ביותר בתהליך ייצור ביו-דלק – ההוספה של אנזימים שמטרתם לפרק תאית (צלולוזה) לסוכרים הניתנים להתססה” אמר החוקר הראשי

ציון דרך חשוב הושג לאחרונה בדרך לפיתוח ביו-דלקים מתקדמים שיוכלו להחליף בנזין, דיזל ודלק סילוני בתור חלופות מתחדשות נקיות ו”ירוקות”.

חוקרים ממשרד האנרגיה של ארה”ב שיתפו פעולה עם מכון מחקר מדעי (BioEnergy Institute) בהנדוס הזנים הראשונים של חיידק אשריכיה קולי המסוגל לעכל סוג של עשב (מין של דוחן= switchgrass) ולהפיק ממנו סוכרים המומרים לכל שלושת סוגי הדלקים: בנזין, דיזל ודלק סילוני. וחשוב מכך, החיידקים מסוגלים לעשות זאת מבלי הצורך בסיוע של אנזימים כתוספים לתגובה.

“מחקר זה מדגים לנו כי ניתן להפחית את עלותו של אחד מהשלבים היקרים ביותר בתהליך ייצור ביו-דלק – ההוספה של אנזימים שמטרתם לפרק תאית (צלולוזה) לסוכרים הניתנים להתססה,” אומר Jay Keasling החוקר הראשי. “התהליך יאפשר לנו לצמצם את עלויות ההפקה של דלק ע”י המיזוג של שני שלבים נפרדים – הפירוק של תאית והמי-תאית לסוכרים והתססת הסוכרים הללו לכדי דלקים – לשלב יחיד או לתגובה בכלי משותף.” ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

חוקרים רבים סבורים כי ביו-דלקים מתקדמים, המופקים מתוך ביומסה שמקורה בתאית עץ של יבולים שלא נועדו להזנת אדם ופסולת חקלאית, מייצגים את המקור הטוב ביותר לדלקי תחבורה נוזליים מתחדשים. שלא כאתאנול, אשר מופק בדר”כ מעמילן תירס, ביו-דלקים אלו מסוגלים להחליף בנזין על בסיס אותו המחיר, וניתן יהיה להשתמש בהם במנועים ובציוד אחר הקיים היום מבלי להתאים אותם לכך. המכשלה הגדולה ביותר בייצור ביו-דלקים מתקדמים הינה העלות הגבוהה של הפקתם אשר מרחיקה אותם מלהיות תחרותיים אל מול הדלקים הקיימים היום.

שלא כמו הסוכרים הפשוטים המצויים בגרעיני התירס, את התאית וההמי-תאית המצויות בביומסה של צמחים קשה למצות, מאחר והן מוטמעות בחוזקה בחומר עצי הקרוי ליגנין (lignin). לאחר מיצויים של סוכרים מורכבים אלו, חובה להפוך אותם (ע”י הידרוליזה=פירוק) לסוכרים פשוטים ואז להכין מאלו את הדלקים הדרושים.

אחת מהגישות היא לבצע טיפול קודם בביומסה באמצעות נוזלי יוני (מלח מותך) שמטרתו להמיס את הסוכרים המורכבים הללו, ואז להשתמש במיקרואורגניזם יחיד מהונדס שנועד הן לעכל את הביומסה המומסת והן לייצר את אותם הפחמימנים המתאימים להפקת הדלקים. “המטרה שלנו הייתה להעביר כמה שיותר מהכימיה לתוך החיידקים,” מסביר אחד מהחוקרים. “לשם קבלת אותם הדלקים המתקדמים התהליך מחייב שימוש בחיידק הכולל בתוכו מסלול מטבולי לייצור אותו הפחמימן (הסוכר) ויכולת לפרק ביו-מסה, וכן המסוגל להפריש אנזימים המפרקים ביעילות תאית והמי-תאית. “כעת אנו מסוגלים להנדס זנים של החיידק אשריכיה קולי המסוגלים לנצל הן את מקטע התאית והן את מקטע ההמי-תאית שבדוחן שעברו טיפול מוקדם בנוזלים יוניים.”

החיידק אשריכיה קולי אינו מסוגל לגדול על דוחן, באופן רגיל, אולם החוקרים הנדסו זנים שלו המבטאים מספר אנזימים המסוגלים לעכל תאית והמי-תאית ולהשתמש בהם להתפתחותם. בזנים מהונדסים אלו של אשריכיה קולי שולבו שלושה מסלולים מטבוליים המאפשרים להם להפיק מולקולות חלופיות או קודמניות לנפט, המתאימות למנועי בנזין, דיזל וסילון. למרות שזו אינה הפעם הראשונה שבה זני חיידק האשריכיה קולי מייצרים בנזין ודיזל מתוך סוכרים, זו ההדגמה הראשונה של זן המסוגל לייצר את כל שלושת הסוגים של דלקי התחבורה. אחד מהחוקרים הסביר כי הטיפול המוקדם ביונים נוזליים היה חיוני להצלחת התהליך. “הקסם טמון בטיפול המוקדם ע”י נוזל יוני,” מציין החוקר. “אני סבור כי אם נוכל לשפר אותו עוד יותר, תהליך הטיפול המוקדם בנוזל יוני יוכל להיות מתאים עבור כל ביומסה של צמחים.

הידיעה על המחקר