Para saintis telah menunjukkan teknologi baharu di mana bakteria bioengineered boleh membuat bahan kimia/polimer yang kos efektif daripada boleh diperbaharui. loji sumber
Lignin adalah bahan yang merupakan juzuk dinding sel semua tumbuhan tanah kering. Ia adalah polimer semula jadi kedua paling banyak selepas selulosa. Bahan ini adalah satu-satunya polimer yang terdapat dalam tumbuhan yang tidak terdiri daripada karbohidrat (gula) monomer. Biopolimer lignoselulosa memberikan bentuk, kestabilan, kekuatan dan ketegaran kepada tumbuhan. Biopolimer lignoselulosa terdiri daripada tiga komponen utama: selulosa dan hemiselulosa membentuk rangka kerja di mana lignin digabungkan sebagai sejenis penyambung sekali gus menguatkan dinding sel. Pengligan dinding sel menjadikan tumbuhan tahan angin dan perosak dan membantu mereka daripada reput. Lignin adalah sumber tenaga boleh diperbaharui yang luas tetapi sangat kurang digunakan. Lignin yang mewakili sehingga 30 peratus daripada biojisim lignoselulosa adalah khazanah yang tidak dieksploitasi - sekurang-kurangnya dari sudut kimia. Industri kimia kebanyakannya bergantung kepada sebatian karbon untuk menghasilkan produk yang berbeza seperti cat, gentian tiruan, baja dan yang paling penting plastik. Industri ini memang menggunakan beberapa sumber boleh diperbaharui seperti minyak sayuran, kanji, selulosa dll tetapi ini hanya terdiri daripada 13 peratus daripada semua sebatian.
Lignin, alternatif yang menjanjikan kepada petroleum untuk membuat produk
Malah, lignin adalah satu-satunya sumber boleh diperbaharui di bumi yang mengandungi sejumlah besar sebatian aromatik. Ini penting kerana sebatian aromatik biasanya diekstrak daripada sumber petroleum yang tidak boleh diperbaharui dan kemudian digunakan untuk menghasilkan plastik, cat dan lain-lain. Oleh itu, potensi lignin adalah sangat tinggi. Berbanding dengan petroleum yang merupakan bahan api fosil yang tidak boleh diperbaharui, lignoselulosa diperoleh daripada kayu, jerami atau Miscanthus yang merupakan sumber yang boleh diperbaharui. Lignin boleh ditanam di ladang dan hutan dan secara amnya neutral terhadap iklim. Lignoselulosa sedang dipertimbangkan sebagai alternatif yang serius kepada petroleum dalam beberapa dekad yang lalu. Petroleum memacu industri kimia pada masa ini. Petroleum adalah bahan mentah untuk banyak bahan kimia asas yang kemudiannya digunakan untuk menghasilkan produk yang berguna. Tetapi petroleum adalah sumber yang tidak boleh diperbaharui dan semakin berkurangan, oleh itu tumpuan perlu diberikan kepada mencari sumber boleh diperbaharui. Ini membawa lignin ke dalam gambar kerana nampaknya merupakan alternatif yang sangat menjanjikan.
Lignin penuh dengan tenaga yang tinggi tetapi mendapatkan semula tenaga ini adalah rumit dan proses yang mahal dan dengan itu juga biofuel yang dijana kerana hasil akhirnya secara amnya sangat tinggi pada kos dan tidak boleh menggantikan "tenaga pengangkutan" yang sedang digunakan secara ekonomi. Banyak pendekatan telah dikaji untuk membangunkan cara kos efektif untuk memecahkan lignin dan menukarkannya kepada bahan kimia yang berharga. Walau bagaimanapun, beberapa batasan telah mengehadkan penukaran bahan tumbuhan sentuh seperti lignin untuk digunakan sebagai sumber tenaga alternatif atau cuba menjadikannya lebih kos efektif. Satu kajian baru-baru ini telah berjaya merekayasa bakteria (E. Coli) untuk bertindak sebagai kilang sel biokonversi yang cekap dan produktif. Bakteria berkembang dan berbilang sangat cepat dan mereka mampu menahan proses perindustrian yang keras. Maklumat ini digabungkan dengan pemahaman tentang pengurai lignin yang tersedia secara semula jadi. Karya itu diterbitkan dalam Prosiding Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat.
Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Dr Seema Singh di Sandia National Laboratories menyelesaikan tiga masalah utama yang dihadapi dalam menukar lignin menjadi bahan kimia platform. Halangan utama yang pertama ialah itu bakteria E.Coli secara amnya tidak menghasilkan enzim yang diperlukan untuk penukaran. Para saintis cenderung untuk menyelesaikan masalah pembuatan enzim ini dengan menambahkan "pengaruh" pada cincin penapaian. Inducers ini berkesan tetapi sangat mahal dan oleh itu tidak sesuai dengan konsep biorefineries. Penyelidik mencuba konsep di mana sebatian terbitan lignin seperti vanila digunakan sebagai substrat serta inducer oleh kejuruteraan bakteria E coli. Ini akan memintas keperluan untuk inducer yang mahal. Walaupun, seperti yang ditemui kumpulan, vanila bukanlah pilihan yang baik terutamanya kerana apabila lignin terurai, vanila dihasilkan dalam kuantiti yang banyak dan ia mula menghalang fungsi E.Coli iaitu vanila mula menghasilkan ketoksikan. Tetapi ini memihak kepada mereka apabila mereka merekayasa bakteria. Dalam senario baharu, bahan kimia yang sangat toksik kepada E.Coli digunakan untuk memulakan proses kompleks "valoriisasi lignin". Apabila vanila hadir, ia mengaktifkan enzim dan bakteria mula menukar vanillin menjadi katekol, yang merupakan bahan kimia yang dikehendaki. Selain itu, jumlah vanillin tidak pernah mencapai tahap toksik kerana ia dikawal secara auto dalam sistem semasa. Masalah ketiga dan terakhir ialah kecekapan. Sistem penukaran adalah perlahan dan pasif oleh itu para penyelidik melihat ke dalam pengangkut yang lebih berkesan daripada bakteria lain dan merekayasa mereka menjadi E. Coli yang kemudiannya menjejaki proses dengan pantas. Mengatasi masalah ketoksikan dan kecekapan melalui penyelesaian inovatif sedemikian boleh membantu menjadikan pengeluaran biofuel sebagai proses yang lebih menjimatkan. Dan, penyingkiran inducer luar bersama-sama dengan penggabungan auto-regulasi boleh mengoptimumkan lagi proses pembuatan biofuel.
Adalah diketahui dengan pasti bahawa apabila lignin dipecahkan, ia mempunyai keupayaan untuk menyediakan atau lebih tepatnya "memberi" bahan kimia platform berharga yang kemudiannya boleh ditukar kepada nilon, plastik, farmaseutikal dan produk penting lain yang kini diperoleh daripada petroleum, bukan -sumber tenaga boleh diperbaharui. Kajian ini adalah relevan dalam menjadi satu langkah ke arah menyelidik dan membangunkan penyelesaian kos efektif untuk biobahan api dan biopengeluaran. Menggunakan teknologi bioengineering, kami boleh menghasilkan kuantiti bahan kimia platform yang lebih besar dan beberapa produk akhir baharu yang lain, bukan sahaja dengan bakteria E.Coli tetapi juga dengan perumah mikrob lain. Penyelidikan masa depan pengarang akan menumpukan pada menunjukkan pengeluaran ekonomi produk ini. Penyelidikan ini mempunyai kesan yang besar terhadap proses penjanaan tenaga dan pengembangan pelbagai kemungkinan untuk produk hijau. Penulis menyatakan bahawa dalam masa terdekat lignoselulosa pasti akan melengkapkan petroleum jika tidak menggantikannya.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Wu W et al. 2018. Ke arah kejuruteraan E. coli dengan sistem autoregulasi untuk pengukuhan lignin', Prosiding National Academy of Sciences. 115(12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
