مخمر شراب را بگيريد، يك ژن از گياهي در باتلاق شور به آن بيفزاييد و آن را با يك باكتري گمنام از گورستان زباله پرورش دهيد تا به يك كارخانه‌ي توليد سوخت زيستي ارزان براي خودروها دست يابيد. اين برنامه را كريستوفر ويگت زيست‌شناس سنتزي و همكارانش در دانشگاه كاليفرنيا پي‌گيري مي‌كنند.

  چند سال است كه پژوهشگران در جست‌وجوي راه‌هاي كارآمدي براي توليد سوخت‌هاي زيستي از گياهان هستند. اما اين نگراني وجود دارد كه اين گياهان جايگزين گياهان زراعي راهبردي شوند. بنابراين، توليد سوخت زيستي از مواد سلولزي موجود در دورريزهاي گياهان زراعي، مي‌تواند يك گام به پيش باشد.

  هنوز فرايندهاي كارآمدي براي انجام اين كار وجود ندارد. اما گروه كريستوفر ويگت در جست‌وجوي راهي برآمدند تا ميكروب‌ها را وادار به تبديل سلولز دورريزهاي گياهي به متيل‌هاليدها كنند، زيرا اين مواد را مي‌توان با يك واكنش كاتاليزوري ساده به بنزين تبديل كرد.

  شكار آنزيم

  گونه‌هاي بسياري از گياهان و ميكروب‌ها، متيل‌هاليدها را با كمك آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز به مقدار اندك مي‌سازند. چون اين آنزيم به طور طبيعي به مقدار اندك يافت مي‌شود، گروه ويگت روشي براي به دست آوردن اين آنزيم به مقدار فراوان پي‌ريزي كردند.

  آن‌ها در بانك توالي‌هاي ِ DNA در جست وجوي ژن‌هايي برآمدند كه پروتئين‌هايي شبيه متيل‌هاليد ترانسفراز توليد مي‌كردند. سپس از يك شركت سازنده‌ي DNA خواستند كه89 ژن يافت‌شده را براي آن‌ها بسازد. ژن‌هاي توليدي را درون ژنوم باكتري E. coli گذاشتند تا بينند كدام يك از آن‌ها متيل‌هاليد بيش‌تري توليد مي‌كند. سرانجام توانستند ژن مناسب را از گياهي به نام Batis maritima (رشد كننده در باتلاق هاي جنوب شرقي آمريكا و كاليفرنيا) پيدا كنند.

  هم‌كاري ميكروب‌ها

  گروه ويگت ژن يافت شده را به درون مخمر وارد كردند تا سوش‌هايي به دست آورند كه متيل‌هاليدها را به مقدار فراوان توليد كنند. اما معما هنوز حل نشده بود. آن‌ها نياز داشتند جانداري پيدا كنند كه سلولز را به ملكول‌هاي كوچك‌تري بشكند تا مخمر بتواند به آساني آن‌ها را به سوبستراي آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز تبديل كند.

  بيشتر ميكروب‌هاي گوارش‌دهنده‌ي سلولز، به‌كندي رشد مي‌كنند و فقط در دماهاي به نسبت بالا كارايي بالايي دارند. پژوهشگران به جانداري نياز داشتند كه با همان سرعت مخمر كار كند و در همان دماي حدود 30 درجه پرورش يابد. پس از جست‌و‌جوي بسيار در مقاله‌هاي علمي سرانجام نامزد مناسبي را پيدا كردند: يك باكتري به نام Actinotalea fermentans كه در دهه‌ي 1980 ميلادي از گورستان زباله در فرانسه پيدا شده بود.

  اين باكتري، استات دفع مي‌كند و اگر به تنهايي كشت داده شود، به زودي همين ماده براي خودش چونان زهر مي‌شود. اما مخمر مي‌تواند استات را به عنوان منبع غذايي به كار ببرد. بنابراين، ويگت و همكارانش اين گروه ميكروبي را كنار هم چيدند و كارخانه‌اي پديد آوردند كه سلولز را به استات و استات را به متيل‌هاليد تبديل مي‌كند. اين فرايند ارزان است و در دماي پايين انجام مي‌شود و به توليد متيل‌هاليدهايي مي‌انجامد كه مي‌توان آن‌ها را به بنزين تبديل كرد.

  ارزان‌تر از نفت

  پژوهشگران اكنون مي‌كوشند اين فرايند را كارآمدتر كنند. آن‌ها مي‌خواهند ژن‌هاي مخمرشان را تغيير دهند تا سوخت‌وساز اين جاندار را براي توليد ماده‌ي اوليه‌ي بيش‌تر براي آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز سوق دهند. در نظر بگيريد اين سامانه به كارآمدي مخمر در تبديل قندها به اتانول كار كند، آن‌گاه بنزين توليدي اين مخمر ارزان‌تر از بنزين به دست آمده از نفت خواهد بود.

  گزارش كامل اين پژوهش در:

  Journal of the American Chemical Society (DOI: 10.1021.ja8094611u)

  منبع:

 Yeast and bacterium turned into gasoline factory, by Peter Aldhous.  NewScientist.com: 20:07 20 April 2009   

  چگونه مي‌توان سلولز دورريزهاي گياهي را به بنزين تبديل كرد؟

  1. سلولز را به كمك باكتري به مولكول‌هاي كوچك‌تري به نام استات مي‌شكنيم.

  2. استات را به كمك آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز به متيل‌هاليدها تبديل مي كنيم.

  3. متيل‌هاليدها را با يك واكنش كاتاليزوري ساده به بنزين تبديل مي كنيم.

  چگونه مي توان آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز را به مقدار فراوان توليد كرد؟

  1. ژن‌هاي مرتبط با توليد اين آنزيم را در بانك توالي DNA شناسايي مي‌كنيم.

  2. اين ژن‌ها را انبوه‌سازي مي‌كنيم و سپس درون باكتري E. coli مي‌گذاريم.

  3. ژني كه بيش‌ترين مقدار از اين آنزيم را توليد كرد، وارد مخمر مي‌كنيم.

  4. مخمر را پرورش مي‌دهيم تا شمار مخمرهاي داراي ژن آنزيم افزايش يابد.

  چگونه مي توان متيل‌هاليد را به مقدار فراوان توليد كرد؟

  1. مخمرها را در محيط پرورش باكتري گوارش دهنده‌ي سلولز مي گذاريم.

  2. باكتري سلولز را گوارش مي‌دهد و استات از خود آزاد مي‌كند.

  3. مخمر داراي آنزيم وي‍ژه، استات را به متيل‌هاليد تبديل مي‌كند.