Исследователи из Университета Торонто обнаружили способ направлять определенные бактерии для превращения отходов в ценные промышленные химикаты, которые сегодня в основном получают из пальмового масла. Это открытие может проложить путь к более устойчивому производству среднецепочных карбоновых кислот (MCCA), также известных как среднецепочные жирные кислоты (MCFA). Эти молекулы широко используются в косметике, чистящих средствах, кормах для сельскохозяйственных животных, антимикробных препаратах и биологически активных добавках.
В настоящее время многие из этих химикатов производятся из пальмоядрового масла. Производство пальмового масла давно подвергается критике из-за его связи с вырубкой лесов, потерей биоразнообразия и слабой прослеживаемостью цепочек поставок. Команда ученых утверждает, что бактериальная ферментация может стать альтернативой, позволяя перерабатывать пищевые отходы и сельскохозяйственные побочные продукты в высокоценные химические вещества, не полагаясь на выращивание масличных культур.
Профессор Крис Лоусон, руководивший исследованием, пояснил, что целевые химикаты имеют длину от шести до двенадцати атомов углерода, а их мировой рынок оценивается примерно в 3 миллиарда долларов. Ученые сосредоточились на цепь-удлиняющих бактериях (CEB). Эти микроорганизмы живут без кислорода и могут естественным образом преобразовывать органический материал в полезные кислоты с помощью ферментации — процесса, похожего на то, как дрожжи производят спирт. Поскольку бактерии могут питаться потоками отходов, а не очищенным сахаром, это может снизить затраты и уменьшить использование пищевого сырья в традиционном биопроизводстве.
Однако у этих микробов есть один серьезный недостаток: они не всегда производят самый ценный продукт. Как отметил профессор Лоусон, исследователи хотят получить октановую кислоту, которая содержит восемь атомов углерода и является одной из самых высокоценных MCFA, тем более что пальмоядровое масло содержит ее не так много. Но на практике при выращивании этих бактерий они часто вместо этого производят менее ценный четырехуглеродный компонент под названием бутират.
Новое исследование объясняет, что управляет этим переключением. Ученые обнаружили, что соотношение лактата к ацетату — двум соединениям, которые бактерии потребляют, — помогает определить, будут ли микробы производить более длинноцепочную октановую кислоту или более короткоцепочный бутират. Они также выявили роль фермента под названием КоА-трансфераза (CoAT), который, по-видимому, разделяет бактерии, способные синтезировать более ценные длинные молекулы, от тех, кто останавливается на четырехуглеродных продуктах. Профессор Лоусон пояснил, что у бактерий, производящих более длинные молекулы, их CoA-трансфераза отличается и может действовать на предшественники, которые уже имеют длину в шесть или восемь атомов углерода. Эти выводы могут помочь инженерам разработать биореакторы, которые будут постоянно направлять бактерии на производство премиальных продуктов вместо низкоценных.
Команда уже выходит за рамки лабораторных открытий. В отдельной работе исследователи разрабатывают генетические инструменты, чтобы подтолкнуть бактерии к производству еще более длинных молекул, и проектируют промышленные системы для масштабирования производства. Несколько участников группы также основали стартап SymBL Innovations для коммерциализации этой технологии. В случае успеха этот процесс может дать производителям новый источник этично произведенных ингредиентов, одновременно уменьшая зависимость от цепочек поставок, основанных на пальмовом масле.
Исследование в журнале Nature Microbiology.