Mikrobe Stoffwechsel genutzt, um Brennstoff zu produzieren

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Mikroben wie die Hefe verwenden wir üblicherweise im Backen von Brot und Bier gären sind jetzt entwickelt wird, um die nächste Generation der Biokraftstoffe produzieren. Jay Keasling, Professor für Verfahrenstechnik an der University of California, Berkeley, führt ein Team von Wissenschaftlern in einer Bemühung, die Chemie innerhalb der Bakterien zu manipulieren, so sie Sprit aus Zucker produzieren.

Bei gemeinsamen Bioenergie Institut (JBEI), eines der drei Forschungszentren eingerichtet, durch das Department of Energy für die Erforschung und Entwicklung von Biokraftstoffen, nutzt Keasling Techniken der synthetischen Biologie mit Chemie, Gentechnik und Molekularbiologie. Grundlegende Arbeit bei der synthetischen Biologie Engineering Research Center (SynBERC), wo Keasling leitet, wird die Forschung an JBEI untermauern. SynBERC wird von der National Science Foundation finanziert.

"Für die meisten Teil, genetische Technik aus der Natur und mit ihnen, durch Einnahme von Komponenten, wie Gene, erfolgt", sagte Keasling. "Aber Natur entwickelt sie für einen anderen Zweck, so ist der Punkt der synthetischen Biologie gut charakterisierte Komponenten haben, die wir leicht zusammenstellen können, um Ingenieur Biologie und Genmanipulation in einen viel einfacheren Weg zu tun."

Die Wissenschaft

Im Gegensatz zu Ethanol, die hauptsächlich aus Getreide hergestellt wird, würde diese Biokraftstoffe aus pflanzlichen Zellwänden (Lignocellulose), eine reiche und noch ungenutzte Ressource entwickelt werden. Energie aus der Sonne wird von Pflanzen in langen Polymere Zucker wie Zellulose, Hemizellulose und Lignin, die die Zellwände der Pflanze bilden gespeichert. Bevor sie in Kraftstoff fermentiert werden können, müssen diese Zucker in einfacher Zucker, etwas abgebaut werden, was getan werden kann mit Hilfe von natürlichen Enzymen in Mikroben gefunden.

JBEI der Dekonstruktion Division entwickelt neue Enzyme zum Abbau der pflanzlichen Biomasse in vergärbaren Zucker. Sobald in Zucker zerlegt, Keaslings Brennstoffe Synthese Division übernimmt und Ingenieure die Chemie innerhalb von Mikroben, so dass sie in Zucker nehmen und in Kraftstoff umzuwandeln.

"Die Biokraftstoff-Industrie in der Vergangenheit konzentriert sich auf Ethanol," sagte Keasling. "Unsere Drehung zu diesem ist, dass wir Biokraftstoffe erstellen, die genau wie erdölbasierten Kraftstoffen Verhalten." "Es kann geleitet und als Diesel Kraftstoff oder Jet Fuel Ersatz verwendet, welche Ethanol kann nicht."

Erschwinglicher Anti-Malaria-Medikament

Keasling hat bereits Erfolg mit synthetischen Biologie Technik gezeigt. In Zusammenarbeit mit privaten Partnern entwickelt eine davon von Keasling, er und sein Forschungsteam an der UC Berkeley mitbegründet, den Stoffwechsel von e. coli, Artemisininsäure, ein Vorläufer der Anti-Malaria-Medikament Artemisinin zu produzieren.

Artemisinin ist eine Verbindung aus der Beifuß Pflanze abgeleitet. Kombinationstherapien, die Artemisinin enthalten sind wirksam und sicher für Patienten bei der Behandlung von Malaria. Jedoch weil Extraktion der Droge von Beifuß langsam, arbeitsintensiv und teuer ist, können nicht Menschen an Malaria, die meisten davon Kinder im subsaharischen Afrika leisten. Von Keasling entwickelte Verfahren macht es deutlich billiger und wird Zugang zu Anti-Malaria-Behandlungen verbessern.

Forschung an der UC Berkeley begann im Dezember 2004 und wurde im Dezember 2007 abgeschlossen. Die erneuerbare Produkte Firma Keasling beigetragen, dann die Mikrobe und die Gärung die Mikrobe wachsen optimiert, und jetzt ein großes Pharmaunternehmen es skalieren ist damit vollsynthetisches Artemisinin für kommerzielle Märkte hergestellt werden kann.

"Innerhalb eines Jahres oder zwei Jahre, es sollte sein Drogen- und Anti-Malaria-Therapien, die aus unseren Prozess" Keasling sagte. "Unser Ziel ist, diese Anti-Malaria-Medikamente verfügbar und billiger zu machen, so dass jeder sie bekommen kann."

Blick in die Zukunft

Die Zukunft der synthetischen Biologie ist enorm hell. "Was wir tun müssen ist, erleichtert diese Art von Technologie-Ingenieur: immer Menschen zusammenarbeiten, Gebäudeteile und Teile der DNA, die sind gut gekennzeichnet und können leicht zusammengebaut werden, in große funktionierende Systeme teilen" Keasling sagte. " Stellen Sie sich eine Zukunft, wo wir-Mikroben Engineering sind, alle unsere Medikamente und Chemikalien zu machen."

Während viele Neuentwicklungen, die synthetische Biologie-Technologie auf den Horizont (Wissenschaftler am MIT verändern sogar genetisch einen Virus um Teile von Batterien, zum Beispiel zu konstruieren), fürs erste, Entwicklung von Biokraftstoffen möglicherweise am meisten Druck Unternehmen. Und nach dem Keasling, wir sind innerhalb von drei bis fünf Jahren sehen, wie sie materialisieren.

"Die USA nutzt eine enorme Menge an Kraftstoff, und dies aus Pflanzen sourcing – anstatt Erdöl — ist eine gewaltige Aufgabe gegeben, wie viel Kraftstoff wir verbrennen jedes Jahr" Keasling sagte. "Wenn wir Kraftstoffe aus Biomasse angebaut in den USA produzieren, wir werden CO2-neutrale Brennstoffe und eine sichere Energiezukunft zu haben; Wir müssen nicht von fremden Ländern abhängen."

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.