Forskare har kopierat hur organismer producerar giftiga kemikalier utan att skada sig själva, banar väg för grönare kemikalie- och bränsleproduktion.

Den nya tekniken, banbrytande av Imperial College London-forskare, kan minska behovet av att använda fossila bränslen för att skapa kemikalier, plast, fibrer och bränslen.

För närvarande, många användbara kemikalier framställs av fossila bränslen, som kräver gruvdrift, är av begränsat utbud, och störa kolets kretslopp. Ett alternativ är att konstruera mikroorganismer som Escherichia coli ( E coli ) och cyanobakterier för att mer hållbart producera kemikalierna direkt från atmosfärisk koldioxid.

Dock, många av de kemikalier som kan produceras på detta sätt är giftiga för mikroorganismerna, minska deras förmåga att tillverka stora kvantiteter på ett kostnadseffektivt sätt.

Nu, genom att kopiera hur naturliga organismer hanterar sina egna giftiga kemikalier, forskare har visat att bakterier kan programmeras att producera kemikalier utan att också skada tillväxten.

Detta koncept kan användas för att producera användbara kemikalier, plast och även bränslen, vilket ytterligare kan minska behovet av fossila bränslen och bidra till att minimera klimatförändringarna. Den nya tekniken och ett första proof of concept publiceras idag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Ledande forskare Dr. Patrik Jones, från Institutionen för livsvetenskaper vid Imperial, sa:"Vi har redan tittat på vad naturen gör, för sin egen fördel, och tillämpade idén på bioteknik, till vår fördel."

Organismer som växter och jästsvampar producerar ibland kemikalier som är giftiga för dem, så för att förvara dem säkert, de gör små modifieringar av kemikalierna för att göra dem ofarliga. De resulterande kemikalierna är kända som "derivat", och kan återställas till originalet, giftig form genom relativt enkel kemi.

Teamet tog denna idé och använde genteknik för att programmera E coli och cyanobakterier för att göra 1-oktanol, en kemikalie som för närvarande används i parfymer, som är giftigt för bakterierna. De lade sedan till en extra uppsättning instruktioner till E coli så det skulle producera två olika derivat av 1-oktanol som båda är mindre skadliga.

Forskarna säger att om detta skulle skalas upp för industriella system skulle de konstruerade bakterierna producera det giftfria derivatet av 1-oktanol, som sedan skulle återvinnas och kemiskt omvandlas tillbaka till 1-oktanol, redo för användning.

Teamet fann att deras system producerade 1-oktanol utan att påverka tillväxten av bakterierna. De fann också att systemet producerade mer 1-oktanol än ett system utan derivatiseringssteget, vilket de tror är relaterat till att derivatet inte bara är mindre giftigt utan också mer lösligt i det omgivande vattnet eller lösningsmedlet.

Dr Jones sa:"En mer löslig kemikalie kan flytta bort från cellerna snabbare, där det är mindre sannolikt att störa någon av bakteriernas processer."

Nu har teamet visat konceptet att skapa derivat med hjälp av programmerade mikroorganismer, de vill sätta upp ett komplett system, från produktion av derivatet till återvinning av den önskade kemikalien.

Detta kommer att hjälpa dem att förfina processen, och potentiellt skala upp den för användning i industriella miljöer.