KAIST je razvio genetski inženjerisane Corynebacterium glutamicum sojeve koji iz sirovog glicerola istovremeno proizvode tri prekursora najlona: diaminopentan (DAP), glutaricnu kiselinu i glutaramid. Tim je koristio inženjering promotora i podešavanje doze gena da bi izbalansirao metabolički tok, ali prinos glutaramida ostaje niži. Glavne prepreke za komercijalizaciju su produktivnost fermentacije, troškovi downstream purifikacije i varijabilnost sirovog glicerola; sledeći korak je skaliranje i optimizacija procesa.
Od otpada do tkanina: KAIST inženjerisao bakterije koje prave „zeleni“ najlon iz sirovog glicerola
Istraživači sa Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) razvili su genetski modifikovane bakterije koje iz sirovog glicerola — niskovrednog nusproizvoda iz proizvodnje biodizela — istovremeno proizvode tri važna prekursora najlona. Ovaj pristup nudi potencijalnu bio-baziranu zamenu za petrohemijske rute u proizvodnji poliamida.
Kako radi proces: Tim je metabolički preprogramirao Corynebacterium glutamicum, poznatu industrijsku bakteriju iz fermentacije aminokiselina, da preusmeri ugljenik iz glicerola kroz modifikovani put biosinteze lizina. Lizin se potom preko dodatno ubačenih i optimizovanih enzima pretvara u tri ciljane molekule: diaminopentan (DAP), glutaricnu kiselinu i glutaramid — svi su ključni monomeri za različite tipove najlona.
Tehnički izazovi i rešenja: Proizvodnja više monomera iz jedne ćelije zahteva uspostavljanje zasebnih enzimskih grana i precizno balansiranje metaboličkog toka kako se ugljenik ne bi akumulirao u jednom proizvodu. Istraživači su koristili inženjering promotora i podešavanje broja kopija gena (gene dosage) da bi izbalansirali ekspresiju i postigli produktivne titere za sva tri jedinjenja, iako je prinos glutaramida i dalje niži nego za DAP i glutaricnu kiselinu.
Ekološki i ekonomski aspekti: Tradicionalna proizvodnja najlonskih prekursorа počinje od benzena ili cikloheksana iz nafte, procesа koji emituje CO2 i uključuje agresivne hemijske reagense. Fermentacija iz glicerola radi na ambijentalnoj temperaturi i pritisku s vodom kao rastvaračem, što smanjuje energetske i bezbednosne zahteve. Međutim, tehno-ekonomske analize i dalje ukazuju da su produktivnost fermentacije i troškovi downstream purifikacije ključne prepreke za cenovnu konkurentnost.
Ograničenja i varijabilnost sirovine: Proces zavisi od dostupnosti sirovog glicerola, čije količine i sastav zavise od obima proizvodnje biodizela i izvornih ulja (npr. palmino naspram sojinog ulja). Različiti nečistoće u glicerolu mogu negativno uticati na performanse mikroorganizama, pa će optimizacija procesa morati da obuhvati i tretman sirovine ili adaptaciju sojeva.
Skaliranje i naredni koraci: KAIST tim je ranije demonstrirao povezani proces na pilotskom nivou od 300 litara, a novo istraživanje širi platformu na simultanu proizvodnju više proizvoda. Sledeći koraci uključuju skaliranje multi-proizvodne fermentacije izvan laboratorijskih bioreaktora, poboljšanje prinosa glutaramida (putem dodatnog inženjeringa enzima ili balansa kofaktora) i razvoj integrisanih procesa separacije za sva tri coproizvoda.
Perspektiva za industriju: Ako se postigne konkurentnost troškova i razviju efikasne metode za preradu i pročišćavanje, bio-bazirani najlon mogao bi da nađe primenu u tekstilnoj i automobilskoj industriji, gde kupci uglavnom vrednuju konačna svojstva polimera, a ne isključivo poreklo sirovina.
Rad je prvi put objavljen u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.
Pomozite nam da budemo bolji.
