Lätt mikroskop av celler av det gramnegativa bakteriummetylorubrum extor-quens AM1. Upphovsman:Fraunhofer-Gesellschaft
Koldioxid är en av de främsta drivkrafterna för klimatförändringar - vilket innebär att vi måste minska koldioxidutsläppen 2 utsläpp i framtiden. Fraunhoferforskare lyfter fram ett möjligt sätt att sänka dessa utsläpp:De använder växthusgasen som råvara, till exempel för att tillverka plast. Att göra detta, de producerar först metanol och myrsyra från CO 2 , som de omvandlar via mikroorganismer till byggstenar för polymerer och liknande.
När fossilbaserade råvaror bränns, CO 2 släpps ut i luften. Än så länge, kompaniet 2 koncentrationen i jordens atmosfär har redan stigit till cirka 400 delar per miljon (ppm) motsvarande 0,04 procent. I jämförelse:Fram till mitten av 1800 -talet, detta värde låg fortfarande i intervallet 280 ppm. Den ökade halten koldioxid har en betydande inverkan på klimatet. Sedan 1 januari har 2021, CO 2 utsläpp från förbränning av fossila bränslen har således varit föremål för koldioxidprissättning - vilket innebär att tillverkningsföretag måste betala för sin koldioxidutsläpp 2 utsläpp. Som ett resultat, ett stort antal företag letar efter nya lösningar. Hur kan kostnaderna i samband med CO 2 utsläppspriserna sänkas? Hur kan CO 2 minska utsläppen genom biointelligenta processer?
Katalytisk kemi och bioteknik - en vinnande kombination
Forskare utvecklar för närvarande metoder för detta i EVOBIO- och ShaPID -projekten vid Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB. De arbetar med båda projekten i samarbete med flera Fraunhofer -institut. "Vi använder CO 2 som råvara, "säger doktor Jonathan Fabarius, Senior Scientist Biocatalysts på Fraunhofer IGB. "Vi följer två tillvägagångssätt:För det första heterogen kemisk katalys, genom vilket vi omvandlar CO 2 med en katalysator till metanol. Andra, elektrokemi, genom vilket vi producerar myrsyra från CO 2 . "Men den unika egenskapen ligger inte i denna CO 2 -baserad metanol- och myrsyraproduktion ensam, men i sin kombination med bioteknik, mer specifikt med fermenteringar av mikroorganismer. För att uttrycka det enklare:Forskarna tar först avfallsprodukten CO 2 , som är skadligt för klimatet, för att producera metanol och myrsyra. I tur och ordning, de använder dessa föreningar för att "mata" mikroorganismer som producerar ytterligare produkter från dem. Ett exempel på denna typ av produkt är organiska syror, som används som byggstenar för polymerer - ett sätt att producera CO 2 -baserad plast. Denna metod kan också användas för att producera aminosyror, till exempel som kosttillskott eller djurfoder.
Det nya tillvägagångssättet erbjuder en mängd fördelar. "Vi kan skapa helt nya produkter, och även förbättra CO 2 fotavtryck av traditionella produkter, "Fabarius specificerar. Även om konventionella kemiska processer kräver mycket energi och ibland giftiga lösningsmedel, produkter kan produceras med mikroorganismer under mildare och mer energieffektiva förhållanden-trots allt, mikroberna växer i mer miljövänliga vattenlösningar.
Separationsutstryk för isolering av enstaka kolonier av M. extorquens AM1 på en metanolinnehållande minimal medium agarplatta. Upphovsman:Fraunhofer-Gesellschaft
Detaljerad vy av en bioreaktor för odling av stora mängder biomassa av M. extorquens AM1. Upphovsman:Fraunhofer-Gesellschaft
Isolerat färgämne från bioreaktorodlingar av M. extorquens AM1 på metanol som substrat eller på myrsyra (formiat) som substrat. Upphovsman:Fraunhofer-Gesellschaft
Metabolisk teknik gör det möjligt
Forskargruppen använder både inhemska metylotrofa bakterier, dvs de som naturligt metaboliserar metanol, och jäst som faktiskt inte kan metabolisera metanol. Forskarna håller också ett ständigt öga på om nya intressanta organismer upptäcks och kontrollerar att de är lämpliga som "cellfabriker". Men hur gör dessa mikroorganismer egentligen produkterna? Och hur kan vi påverka vad de producerar? "I princip, vi använder mikroorganismens metabolism för att kontrollera produkttillverkning, "förklarar Fabarius." För att göra det, vi introducerar gener i mikroberna som tillhandahåller ritningen för vissa enzymer. Detta är också känt som metabolic engineering. "De enzymer som därefter produceras i mikroorganismen katalyserar produktionen av en specifik produkt i sin tur. Däremot kan forskarna stänger specifikt av gener som kan påverka denna produktion negativt. "Genom att variera de gener som introduceras, vi kan producera ett brett utbud av produkter, Säger Fabarius.
Forskargruppen arbetar med hela produktionskedjan:från mikroorganismerna, följt av genmodifieringar och uppskalning av produktionen. Medan vissa tillverkningsprocesser fortfarande befinner sig i laboratoriestadiet, andra produkter produceras redan i bioreaktorer med en kapacitet på tio liter. När det gäller industriell tillämpning av sådana processer, Fabarius tänker implementera dem på medellång till lång sikt. Tio år är en realistisk tidshorisont, han säger. Dock, trycket på industrin att etablera nya processer ökar.
