مخمر شراب را بگيريد، يک ژن از گياهى در باتلاق شور به آن بيفزاييد و آن را با يک باکترى گمنام از گورستان زباله پرورش دهيد تا به يک کارخانه‌ى توليد سوخت زيستى ارزان براى خودروها دست يابيد. اين برنامه را کريستوفر ويگت زيست‌شناس سنتزى و همکارانش در دانشگاه کاليفرنيا پي‌گيرى مي‌کنند.

  چند سال است که پژوهشگران در جست‌وجوى راه‌هاى کارآمدى براى توليد سوخت‌هاى زيستى از گياهان هستند. اما اين نگرانى وجود دارد که اين گياهان جايگزين گياهان زراعى راهبردى شوند. بنابراين، توليد سوخت زيستى از مواد سلولزى موجود در دورريزهاى گياهان زراعى، مي‌تواند يک گام به پيش باشد.

  هنوز فرايندهاى کارآمدى براى انجام اين کار وجود ندارد. اما گروه کريستوفر ويگت در جست‌وجوى راهى برآمدند تا ميکروب‌ها را وادار به تبديل سلولز دورريزهاى گياهى به متيل‌هاليدها کنند، زيرا اين مواد را مي‌توان با يک واکنش کاتاليزورى ساده به بنزين تبديل کرد.

  شکار آنزيم

  گونه‌هاى بسيارى از گياهان و ميکروب‌ها، متيل‌هاليدها را با کمک آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز به مقدار اندک مي‌سازند. چون اين آنزيم به طور طبيعى به مقدار اندک يافت مي‌شود، گروه ويگت روشى براى به دست آوردن اين آنزيم به مقدار فراوان پي‌ريزى کردند.

  آن‌ها در بانک توالي‌هاى ِ DNA در جست وجوى ژن‌هايى برآمدند که پروتئين‌هايى شبيه متيل‌هاليد ترانسفراز توليد مي‌کردند. سپس از يک شرکت سازنده‌ى DNA خواستند که89 ژن يافت‌شده را براى آن‌ها بسازد. ژن‌هاى توليدى را درون ژنوم باکترى E. coli گذاشتند تا بينند کدام يک از آن‌ها متيل‌هاليد بيش‌ترى توليد مي‌کند. سرانجام توانستند ژن مناسب را از گياهى به نام Batis maritima (رشد کننده در باتلاق هاى جنوب شرقى آمريکا و کاليفرنيا) پيدا کنند.

  هم‌کارى ميکروب‌ها

  گروه ويگت ژن يافت شده را به درون مخمر وارد کردند تا سوش‌هايى به دست آورند که متيل‌هاليدها را به مقدار فراوان توليد کنند. اما معما هنوز حل نشده بود. آن‌ها نياز داشتند جاندارى پيدا کنند که سلولز را به ملکول‌هاى کوچک‌ترى بشکند تا مخمر بتواند به آسانى آن‌ها را به سوبستراى آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز تبديل کند.

  بيشتر ميکروب‌هاى گوارش‌دهنده‌ى سلولز، به‌کندى رشد مي‌کنند و فقط در دماهاى به نسبت بالا کارايى بالايى دارند. پژوهشگران به جاندارى نياز داشتند که با همان سرعت مخمر کار کند و در همان دماى حدود 30 درجه پرورش يابد. پس از جست‌و‌جوى بسيار در مقاله‌هاى علمى سرانجام نامزد مناسبى را پيدا کردند: يک باکترى به نام Actinotalea fermentans که در دهه‌ى 1980 ميلادى از گورستان زباله در فرانسه پيدا شده بود.

  اين باکترى، استات دفع مي‌کند و اگر به تنهايى کشت داده شود، به زودى همين ماده براى خودش چونان زهر مي‌شود. اما مخمر مي‌تواند استات را به عنوان منبع غذايى به کار ببرد. بنابراين، ويگت و همکارانش اين گروه ميکروبى را کنار هم چيدند و کارخانه‌اى پديد آوردند که سلولز را به استات و استات را به متيل‌هاليد تبديل مي‌کند. اين فرايند ارزان است و در دماى پايين انجام مي‌شود و به توليد متيل‌هاليدهايى مي‌انجامد که مي‌توان آن‌ها را به بنزين تبديل کرد.

  ارزان‌تر از نفت

  پژوهشگران اکنون مي‌کوشند اين فرايند را کارآمدتر کنند. آن‌ها مي‌خواهند ژن‌هاى مخمرشان را تغيير دهند تا سوخت‌وساز اين جاندار را براى توليد ماده‌ى اوليه‌ى بيش‌تر براى آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز سوق دهند. در نظر بگيريد اين سامانه به کارآمدى مخمر در تبديل قندها به اتانول کار کند، آن‌گاه بنزين توليدى اين مخمر ارزان‌تر از بنزين به دست آمده از نفت خواهد بود.

  گزارش کامل 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   

& nbsp;

  چگونه مي‌توان سلولز دورريزهاى گياهى را به بنزين تبديل کرد؟

  1. سلولز را به کمک باکترى به مولکول‌هاى کوچک‌ترى به نام استات مي‌شکنيم.

  2. استات را به کمک آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز به متيل‌هاليدها تبديل مى کنيم.

  3. متيل‌هاليدها را با يک واکنش کاتاليزورى ساده به بنزين تبديل مى کنيم.

  چگونه مى توان آنزيم متيل‌هاليد ترانسفراز را به مقدار فراوان توليد کرد؟

  1. ژن‌هاى مرتبط با توليد اين آنزيم را در بانک توالى DNA شناسايى مي‌کنيم.

  2. اين ژن‌ها را انبوه‌سازى مي‌کنيم و سپس درون باکترى E. coli مي‌گذاريم.

  3. ژنى که بيش‌ترين مقدار از اين آنزيم را توليد کرد، وارد مخمر مي‌کنيم.

  4. مخمر را پرورش مي‌دهيم تا شمار مخمرهاى داراى ژن آنزيم افزايش يابد.

  چگونه مى توان متيل‌هاليد را به مقدار فراوان توليد کرد؟

  1. مخمرها را در محيط پرورش باکترى گوارش دهنده‌ى سلولز مى گذاريم.

  2. باکترى سلولز را گوارش مي‌دهد و استات از خود آزاد مي‌کند.

  3. مخمر داراى آنزيم وي‍ژه، استات را به متيل‌هاليد تبديل مي‌کند.