Группа исследователей из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (США) успешно произвела альтернативное реактивное топливо из широко распространенных видов почвенных бактерий, принадлежащих к роду стрептомицетов. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
При сжигании ископаемого топлива, такого как авиационный керосин (топливо, массово используемое в реактивных самолетах), бензин или дизельное топливо, вырабатывается большое количество энергии, а для образования нефти – основы такого топлива – требуются миллионы лет ее формирования под поверхностью Земли. Ученые из лаборатории Лоуренса в Беркли занялись поиском способа воспроизвести процесс образования нового ископаемого топлива в минимально быстрое время – путем биосинтеза.
Джей Кислинг, инженер-химик из Калифорнийского университета в Беркли, обратился к микробиологу из Датского технического университета Пабло Крузу-Моралесу, который в то время проходил постдокторскую стажировку в его лаборатории, с предложением разработки способа синтезировать молекулу, которая сможет производить много энергии.
Подобной молекуле Кизлинг дал название «Джавсамицин» – в честь фильма «Челюсти» и за ее зубчатую форму. Такая молекула уже существует в природе и создается обычными бактериями-стрептомицетами, организмом, с которым работал в прошлом Круз-Моралес.
Зубчатая молекула образуется в результате естественного метаболизма бактерий стрептомицетов, когда те «пережевывают» глюкозу.
«Когда они едят сахар или аминокислоты, они расщепляют их и превращают в строительные блоки для углерод-углеродных связей. Примерно таким же образом, с той же химией, человек производит жир в своем теле, но у этого бактериального процесса есть несколько очень интересных поворотов», – рассказал Крус-Моралес.
По словам исследователей, в данном процессе наиболее важное значение имеет образование высокоэнергетических циклопропановых колец. Они представляют собой кольца из трех атомов углерода, расположенных в форме треугольника, и придают молекулам свойства взрывного высвобождения энергии. По сравнению с обычными кольцами из шести атомов углерода трехуглеродные формы создают больше напряжения в своих межатомных связях и поэтому требуют (а затем высвобождают при воспламенении в виде топлива) больше энергии для своего образования.
Пабло и его команда начали работать над практической реализацией своей идеи. Они вырастили бактерии Streptomyces coelicolor в культуральном бульоне с сахарами, солями и некоторыми аминокислотами. Затем они собрали бактерии, разбили их и отделили маслянистые фракции (содержащие молекулы, подобные джавсамицину), вырабатываемые в их организме. На завершающем этапе исследователи произвели этерификацию (кислотный катализ) масел, и новый вид биотоплива был готов.
Синтезированные в лаборатории молекулы, которые действуют аналогично джавсамицину, Крус-Моралес и его коллеги назвали «фуэлимицином». Команда исследователей также определила, что созданию циклопропановых колец и образованию высокоэнергетических молекул джавсамицина и фулемицина способствует фермент, называемый поликетидсинтазой. Это мультиферментные комплексы, напоминающие синтазы жирных кислот, которые производят маслянистые соединения в теле человека и многих других организмов.
Круз-Моралес считает, что топливо, производимое бактериями, во многом похоже на биодизель. Его требуется обработать, чтобы оно могло воспламениться при более низкой температуре, чем температура, необходимая для сжигания жирной кислоты, но при воспламенении оно дает достаточно мощности, чтобы питать реактивные самолеты и даже отправить ракету в космос.
«Если мы можем сделать это топливо с помощью биологии, нет никаких оправданий тому, чтобы делать его с помощью нефти. Это открывает возможность сделать его возобновляемым источником энергии», – заявил Круз-Моралес.
Далее он добавил: «Текущий недостаток фулемицина заключается в том, что нам все еще нужно разработать крупномасштабный метод его производства, который был бы экономически жизнеспособным. В этом нам трудно конкурировать с ископаемым топливом, поскольку оно субсидируется, а вся мировая экономика строится вокруг него. Но это изменится, поскольку климат нашей планеты меняется, и нам требуется прекратить использование ископаемого топлива, чтобы замедлить этот процесс».
Команда исследователей и представители Министерства энергетики США, которые также работали над данным проектом, надеются, что смогут достаточно масштабировать свой новый процесс производства биотоплива на основе фулемицина. Отвечая на вопрос о планах на будущее, Пабло Круз-Моралес сказал: «Следующие шаги заключаются в том, чтобы заставить бактерии производить больше этого продукта и дополнительно модифицировать продукт, чтобы его можно было использовать для более широкого спектра применений, таких как судоходство. ракетостроение и воздухоплавание».