Для получения биотоплива в биореакторе удалось объединить бактерии и грибы

Этанол называют основной «зеленой» альтернативой обычному топливу, получаемому из нефти. Однако в сравнении с бензином у него есть ряд недостатков: во-первых, энергетически он дает лишь 62% той энергии, которая образуется при сжигании бензина; во-вторых, этанол активно вбирает воду, а это приводит к коррозии поверхностей, которые с ним контактируют.

Этанол можно было бы заменить изобутанолом. Энергозапас у этого спирта побольше — 82% от бензина, а вода проникает в него много хуже, чем в этанол. Но с изобутанолом связана другая проблема. Биотопливо потому и называется биотопливом, что получается в результате работы микроорганизмов над мусорными остатками растений — негодной целлюлозой, стеблями и листьями сельскохозяйственных культур и т.п. Микроорганизмы используют растительную клетчатку в качестве источника энергии, а на выходе дают этанол.

В случае изобутанола в геном микроорганизмов нужно внести какие-то изменения, которые заставили бы их гнать этот спирт вместо этанола, пишет К. Стасевич (compulenta.computerra.ru). Ученые долго пытались вывести супербактерию, выполняющую все необходимые для получения изобутанола биохимические реакции, но задача оказалась не из простых. В результате это удалось ученым из Мичиганского университета (США). Да и то лишь потому, что Джереми Минти (Jeremy Minty) и его коллеги распределили обязанности между двумя организмами — бактерией кишечной палочкой (Escherichia coli) и грибом триходермой (Trichoderma reesei).

Гриб выполнял первую часть работы -- с помощью фермента целлюлазы он превращал растительную целлюлозу в растворимые углеводы. А уже эти углеводы использовала для своих нужд кишечная палочка, которая благодаря своим генетическим модификациям и производила изобутанол. Главный же результат состоит в том, что удалось добиться взаимного плодотворного сосуществования гриба и бактерии в одном реакторе.

В журнале PNAS авторы как раз и описывают такой реактор, превращавший кукурузные стебли и листья в изобутанол. Выход топлива составил 1,88 грамма спирта на литр среды, что является лучшим результатом среди всех биореакторов такого рода. В энергетическом эквиваленте удалось перегнать в изобутанол 62% энергии, заключенной в растительном сырье.

Самым трудным было сделать так, чтобы один вид не подавил, не изгнал другой. Пришлось прибегнуть к теории игр, чтобы понять, какие препятствия могут возникнуть при таком сожительстве. Бактерии в данном случае ничем не платят грибам и лишь поглощают растворимые углеводы, которые те производят. Кишечная палочка, не отдавая ничего взамен, могла бы просто «забить» собой грибную культуру.

Чтобы этого не произошло, рост бактерий нужно ограничивать, и делать это можно, например, подбирая изначальную пропорцию грибов и бактерий и избавляя систему от избытка кишечной палочки. Так или иначе, ученым удалось добиться того, что оба вида могут довольно долго сосуществовать в одном реакторе, а это заметно упрощает его конструкцию и управление всей системой.

В ближайшем будущем авторы работы собираются повысить устойчивость гриба и бактерии к изобутанолу: этот спирт довольно токсичен для обоих микроорганизмов, что, разумеется, ограничивает выход биотоплива.

На заставке: экспериментальный биореактор, в котором бактерии и грибы разлагают растительный мусор с образованием изобутанола  (фото Joseph Xu / Michigan Engineering Communications & Marketing / compulenta.computerra.ru)