Ett speciellt ljusberoende enzym, som först upptäcktes för ungefär tre år sedan, är kontaktpunkten i en ny vetenskaplig upptäckt som möjliggör produktion med hög avkastning av biodrivmedel från biomassa.

I en studie som nu publicerats i Naturkommunikation , ingenjörer från Aarhus University och Massachusetts Institute of Technology har bevisat, att det ursprungliga antagandet om den enzymatiska processen i denna omvandling av biomassa till biobränslen faktiskt är fel.

Resultaten har gjort det möjligt för forskarna att framgångsrikt biosyntetisera gröna bränslen på nära industriellt relevanta nivåer på 1,47 gram per liter från glukos.

Det ljusberoende enzymet, som härrör från mikroalger, har den speciella egenskapen att den kan dekarboxylera fettsyror till alkaner (på så sätt omvandla cellulosabiomassa till biobränslen) med blått ljus som enda energikälla.

Forskarna infogar enzymet artificiellt i cellerna i den oljiga jästen Yarrowia Lipolytica och konstruerar därigenom dess metabolism. Jästen syntetiserar glukos, härstammar från biomassa, till lipider (specifikt molekylerna fria fettsyror och feta acyl-CoA) som sedan omvandlas till alkaner av enzymet i en metabolisk reaktion som kallas fettsyra-fotodekarboxylas-kort sagt FAP.

Men ända sedan upptäckten av enzymet, det har antagits, att fria fettsyror är enzymets föredragna reaktant i FAP -processen; att ett överflöd av fria fettsyror skulle resultera i högre bränsleproduktion.

Detta antagande är fel, dock.

"I vår studie, vi har bevisat att fettacyl-CoA-och inte fri fettsyra-är den föredragna reaktanten för det ljusberoende enzymet. Detta resultat har framgångsrikt använts i vår studie för att metabolisera 89 procent av fettacyl-CoA till alkaner, når titrar på 1,47 g/l från glukos, "säger Bekir Engin Eser, biträdande professor vid Aarhus universitet.

Den dominerande produktionen av oleokemiskt baserade drop-in-bränslen görs idag genom att omvandla 'konventionella' oleokemikalier som vegetabiliska oljor, använda matoljor, talg, och andra lipider till kolväten (främst alkaner) med användning av energiintensiva kemiska behandlingsmetoder.

Dock, Att anskaffa stora mängder mer eller mindre hållbara lipidråvaror till en tillräckligt låg kostnad för att resultera i lönsam inmatning av biobränsleproduktion är fortfarande en utmaning som kraftigt begränsar expansionen av denna produktionsplattform. Och dessutom, denna produktion konkurrerar med livsmedelsförsörjningen.

Biosyntes utgör en billig och hållbar lösning, där produktionen istället bygger på omvandlingen av cellulosabiomassa - den mest förekommande förnybara naturliga biologiska resursen som finns på jorden.

Biologisk syntes av alkaner från fettsyror är inte en infödd, föredragen metabolisk väg för jästen, eftersom alkaner är giftiga för dess celler. Därför, forskare använder enzymer med särskild förmåga för detta ändamål och kodar motsvarande gener i jästens celler.

Den nya upptäckten är ett möjligt genombrott i biosyntes av drop-in-bränslen, eftersom forskarna - för första gången någonsin använder denna process - har använt den nya kunskapen för att syntetisera gröna bränslen på en nivå som är relevant för framtida industriell produktion:

"Tidigare ämnesomsättningstekniska studier skulle syfta till att maximera koncentrationen av fria fettsyror i cellerna som konstrueras. Men nu, med denna upptäckt, vi vet att det är fettacyl-CoA som måste maximeras. Detta är viktiga nyheter för applikationer för syntetisk biologi, och vi kan nu börja maximera flödet av fettacyl-coA till denna konstruerade metaboliska väg för att nå ännu högre titrar i framtiden, säger docent Zheng Guo från Aarhus universitet.