En utmaning i produktionen av bioprodukter (kemikalier och material gjorda av levande organismer) är att tillhandahålla stora mängder billiga och hållbara byggstenar som dessa produkter kan tillverkas av. Joint Bioenergy Institute (JBEI) tar sig an denna utmaning genom att utveckla hållbara metoder för att producera dessa bioproduktbyggstenar. Senast, JBEI-forskare i Feedstocks Division kom på hur man producerar stora mängder av en lovande byggsten, 2-pyron-4, 6-dikarboxylsyra (PDC), i växter.

PDC produceras normalt inte av växter som den som används i denna studie, Arabidopsis thaliana. Snarare, PDC syntetiseras vanligtvis i naturen av jordbakterier som bryter ned en komponent av växter som kallas lignin (en seg, svåranvänd växtkomponent). Den ledande forskaren i detta projekt, Dr Aymerick Eudes, förklarade att hans team framgångsrikt "införde en ny förmåga i växter för att förvandla prekursorer för lignin till PDC." Specifikt, Dr Eudes team konstruerade A. thaliana-växter för att producera enzymer, som kommer från jordbakterier (Corynebacterium glutamicum och Comamonas testosteroni), som kan omvandla lignin till PDC.

Ansamlingen av icke biologiskt nedbrytbar plast har blivit en enorm miljöfråga. Department of Energy (DOE) har nyligen lanserat Plastics Innovations Challenge för att dramatiskt minska plastavfallet till 2030. PDC är en attraktiv bioprodukt som kan omvandlas till olika konsumentprodukter, inklusive biologiskt nedbrytbar plast, hjälpa till att ta itu med problemet med plastavfall. Historiskt sett, det har inte funnits ett hållbart sätt att göra PDC, tills bakterier nyligen konstruerades för att syntetisera det.

I den här studien, forskare konstruerade den första växtbaserade produktionsvägen någonsin för PDC. Banbrytande produktion av PDC i växter gör att bioplaster kan produceras billigare och mer hållbart. Specifikt, för tillväxt, dessa konstruerade anläggningar använder gratis och "gröna" resurser, atmosfärisk koldioxid och solenergi, samtidigt som PDC syntetiseras.

Nuvarande plastproduktionsmetoder använder fossila bränslen som petroleum och resulterar i icke biologiskt nedbrytbar plast som ofta inte återvinns och kan ackumuleras i, och skadar naturliga miljöer. Denna nya metod för att producera PDC kommer att hjälpa miljövänlig bioplast (som är biologiskt nedbrytbar och förnybart) att konkurrera med traditionell plast genom att sänka kostnaden för att producera dem.

I den här studien, forskare genetiskt modifierade en växt för att producera PDC, en lovande byggsten för bioprodukter. PDC-produktion i den konstruerade A. thaliana-växten hade ingen negativ inverkan på dess tillväxt och minskade signifikant mängden lignin som fanns i växten. Detta beror sannolikt på det faktum att PDC-produktionsprocessen leder bort resurser från ligninbildning. I samband med att odla växter för att använda vid produktion av biobränslen, detta minskade lignininnehåll är faktiskt fördelaktigt. Specifikt, genom att minska mängden lignin i växter kan enzymer mer effektivt bryta ner en komponent av växter som kallas cellulosa (en seg fiber gjord av kedjor av sockerarter) till värdefulla sockerarter, vilka mikrober kan konsumera för att producera biobränslen.

Dr Chien-Yuan Lin, projektforskare vid JBEI och den första författaren till studien, noterar att detta är en "unik "win-win"-strategi för att främja produktion av både biobränsle och bioprodukter från växter. PDC-produktionstekniken som utvecklats vid JBEI har potential att överföras från A. thaliana (en växtart som inte vanligtvis odlas utanför laboratoriet miljöer) till bioenergigrödor och skulle kunna förbättra den ekonomiska livskraften, och hållbarhet, att producera bioplaster och biobränslen" i dessa grödor. Faktum är att Dr Lin sa att "fynden från denna studie har motiverat oss att undersöka effekten av PDC-produktion i konstruerad sorghum, en attraktiv bioenergigröda som främjas av DOE." Dr. Lin sa att han såg fram emot att avgöra om PDC-producerande sorghum uppvisade "samma fördelaktiga egenskaper" som observerats i PDC-producerande A. thaliana-växter genom att testa den konstruerade sorghum i fält .