인간이 사용하는 대부분의 연료 및 화학 물질은 화석 탄소로 만들어집니다. 박테리아 또는 효모와 같은 미생물로부터의 생물 생산은 이러한 지속 불가능한 출처에 대한 우리의 의존성에서 우리를 사라질 수있는 방법을 제공 할 수 있습니다. 실제로, 미생물은 이미 지구 전체에서 거대한 규모로 배양되어 있으며, 양조장을 생각하며 수세기 동안 전문가들이 처리하고 처리했습니다. 그러나 관심있는 화학 물질을 성장시키고 생산하려면 미생물에 적합한 공급 원료를 공급해야합니다. 우리는 그들에게 무엇을 먹이게 할 수 있습니까?
최근 몇 년 동안, 바이오 팩토리에서 공급 원료로 설탕을 사용하는 것은 극적으로 확장되었습니다. 그러나 생물 생산에 설탕을 사용하는 것이 증가함에 따라 우리는 그 단점을 목격하기 시작합니다. 첫째, 미생물 바이오 팩토리에 사용되는 설탕은 음식이나 사료에 사용될 수 없습니다. 우리의 영양 요구 사항이 계속 확대됨에 따라 생체 생산으로 농업 자원을 전환하는 것은 지속 가능성이 떨어지고 식량 안보를 심각하게 줄일 수 있습니다. 또한 생물 생산을 위해 농업 토지 이용을 확대하면 자연 서식지와 생물 다양성이 줄어들고 환경에 부담을줍니다.
농업 생산과 경쟁하지 않는 대체 공급 원료는 예를 들어 리그 노 셀룰로스 및 조류 바이오 매스와 같은 제안되었습니다. 그러나 이러한 공급 원료의 처리는 매우 도전적이므로 비용이 많이 들고 비효율적 인 전환 방법이 필요합니다. 더 중요한 것은 식물과 조류가 빛을 가로 채고 바이오 매스로 전환하는 효율성이 매우 낮아서 미생물 생물 생산 공급을 위해이 자연 과정을 활용하는 매우 기본적인 아이디어에 의문을 제기합니다.
그렇다면 대안은 무엇입니까? 이상적인 미생물 공급 원료는 환경에서 완전히 이용할 수있는 거의 무제한 자원에서 직접 파생됩니다. 보다 시적으로 표현하기 위해, 우리는 자연의“요소”에서 생물 생산을 도출하고자합니다. 공기 - 이산화탄소를 직접 탄소 공급원으로 삼습니다. 물 - 수소를 공급하는 물; 화재 - 재생 에너지, 예를 들어 태양과 바람이 필요한 원동력을 제공합니다. 그리고 지구 - 미생물 성장에 필요한 미네랄, 즉 다른 요소를 나타내는 것.
이“요소”를 미생물에 어떻게 공급합니까? 최근 논문에서, 우리는 다양한 접근법을 조사하고 비교하여 성장에 필요한 탄소와 에너지를 미생물로 제공했습니다. 에너지의 관점에서 전기는 훌륭한 출발점을 제공합니다. 태양 에너지는 화학 공정에 활력을 불어 넣는 데 직접 사용될 수 있지만 전기로의 전환은 필요한 유연성을 제공합니다. 즉, 태양이 빛나지 않으면 바람이 터져 터빈을 운전합니다. 둘 다 이용할 수 없다면 Hydro- 또는 Geo-Energy가 구조에 올 수 있습니다. 따라서 에너지 원으로 전기를 활용함으로써 우리는 어떤 것도 완전히 의존하지 않고 수많은 재생 가능한 공급원을 활용합니다.
.전기는 물에서 화학 담체로 수소를 전달하는 데 사용될 수 있습니다. 그런 다음 미생물은 담체와 동등한 수소를 가져 와서 이산화탄소를 바이오 매스 및 제품으로 전환시키는 데 사용할 수 있습니다. 철 또는 질산염의 이온과 같은 몇몇 무기 화합물은 그러한 담체로서 작용할 수있다. 더 나은 접근 방식은 전기를 사용하여 물에서 이산화탄소로 직접 물에서 동등한 수소를 전달하는 것입니다. 결과 감소 된 유기 화합물은 미생물 공급 원료로 사용될 수 있으며, 필요한 세 가지 요소와 함께 "운반", 즉 탄소, 수소 등가 및 에너지.
우리의 분석에서, 우리는 1- 탄소 분자, 일산화탄소와 포름산이 전자의 화학 공정과 후자의 생물학적 전환 사이의 이상적인 중간체 역할을 할 수 있음을 보여준다. 그러나, 일산화탄소는 용해도가 낮은 독성, 가연성 가스이지만, 포름산은 완전히 가용성이며 다루기 쉽고 운반이 쉽습니다. 이로 인해 포름산은 생물 생산을위한 특히 유망한 공급 원료가됩니다. 우리는 함께 각 분야의 장점을 활용하는 생산 체인을 구상합니다. 물리 화학적 공정은 재생 가능한 에너지를 전기와 이산화탄소로 포름산으로 빠르고 효율적인 전환을 지원하는 반면, 생물학적 공정은이 후자의 간단한 공급 원료를 광범위한 복잡한 제품으로 변환하는 데 효과적입니다.
.이 비전을 완전히 구현하기까지 시간이 걸릴 것입니다. 전기 화학적 공정의 추가 개선과는 별도로 생산 체인이 최대한의 잠재력에 도달하기 위해서는 포름 산의 미생물 성장을위한 더 나은 대사 솔루션을 설계하고 엔지니어링해야합니다. 여러 미생물은 유일한 탄소 및 에너지 원으로 포름산에서 자랄 수 있지만,이 성장에 사용하는 대부분의 대사 경로는 효율이 제한되거나 극한 조건으로 제한됩니다.
.우리 실험실의 주요 목표 중 하나는 엔지니어링과 같은 도구를 사용하여 매우 높은 효율 및 비 외식 조건에서 포름산의 생체 전환을 지원하는 새로운 대사 경로를 설계하고 구현하는 것입니다. 우리는 생물 생산 공정을 위해 생명 공학 산업에서 널리 사용되는 엔지니어링 모델 미생물을 구체적으로 연구하고 있으며, 지금까지 설계 한 가장 효율적인 경로를 사용하여 형식 산에서 성장하는 데 사용됩니다. 환원성 글리신 경로. 완료되면,이 엔지니어링 미생물은 재생 불가능한 포름산에서 부가가치 화학 물질의 지속 가능한 바이오 피드를위한 길을 열어 일상적인 상품을 생산하는 방식을 변화시킬 수 있습니다.
.이러한 결과는 지속 가능한 공급 원료 :미생물 탄소 고정을위한 전자 공여자에 대한 안내서, 최근에 생명 공학의 현재 의견에 발표 된 미생물 탄소 고정을위한 제목의 기사에 설명되어있다. .
이 작품은 유럽의 커뮤니케이션에 의해 자금을 지원 받았으며 EU Consortium Project의 일부입니다. 이 작업은 Max Planck Plant Plant Physiology의 Nico Joannes Claassens와 Arren Bar-Aven에 의해 수행되었으며 Wageningen University의 Irene Sánchez-Andrea 및 Diana Zita Sousa가 수행했습니다. 이 연구
