الصورة لخلايا خميرة عادية تحتوي علي 15% من محتواها دهون، بينما على اليمين الصورة لخلايا خميرة معدلة وراثيًا تحتوي على 90% من محتواها دهون.
طور الباحثون في كلية كوكريل للهندسة, جامعة تكساس بأوستن مصدرًا جديدًا للطاقة المتجددة، وهو وقود حيوي من خلايا الخميرة المعدلة وراثيًا وسكر المائدة العادي. تنتج هذه الخميرة الزيوت والدهون، والتي يمكن استخدامها بدلاً من المنتجات المشتقة من النفط.
قام الأستاذ المساعد هال البير، في قسم الهندسة الكيميائية في كلية كوكريل، مع فريقه من الطلاب، بإنشاء نموذج جديد من خلايا الخميرة حيث تنمو خلايا الخميرة على السكريات، فإن البير يصف الوقود الحيوي المنتج بواسطة هذه العملية بأنه “منتج جديدة من الخام الحلو”.
أنتج هذا النموذج أعلى تركيز للزيوت والدهون من خلال التخمر، وهي عملية زراعة الخلايا لتحويل السكر إلى منتجات مثل الكحول أو الغازات أو الأحماض. تم نشر هذا العمل في مجلة نيتشر في 20 يناير لسنة 2014.
تمكن فريق البحث من تعديل خلايا الخميرة وراثياً لتمكين ما يصل إلى 90% من كتلة الخلية لتصبح دهون، والتي يمكن بعد ذلك استخدامها لإنتاج وقود الديزل الحيوي.
“عند وضع هذا في الإعتبار، هذه القيمة الدهنية تقترب من التركيز الذي شوهد في العديد من العمليات الكيميائية الحيوية الصناعية،” قال البير “يمكنك أن تأخذ الدهون التي تم تشكيلها واستخدامها نظريًا لتشغيل السيارة.”
نظرًا لأن المواد الدهنية هي حجر الأساس للعديد من المنتجات المنزلية، يمكن استخدام هذه العملية لإنتاج مجموعة متنوعة من العناصر المصنوعة من البترول أو الزيوت – من النايلون إلى مكملات التغذية إلى الوقود. يمثل الوقود الحيوي والمواد الكيميائية المنتجة من الكائنات الحية جزءًا واعداً من سوق الطاقة المتجددة. إجمالاً، من المتوقع أن يتضاعف سوق الوقود الحيوي العالمي خلال السنوات القليلة القادمة، من 82.7 مليار دولار في عام 2011 إلى 185.3 مليار دولار في عام 2021.
وقال البير: “لقد بدأنا بسلالة Yarrowia lipolytica، وتمكنا من تحويلها إلى مصنع للزيوت مباشرة من السكر”. “هذا العمل يفتح آفاق جديدة للحصول على مصدر للطاقة المتجددة والمواد الكيميائية.”
يشبه الوقود الحيوي الذي أنتجه الباحثون وقود الديزل الحيوي المصنوع من زيت فول الصويا. تتمثل مزايا استخدام خلايا الخميرة لإنتاج وقود الديزل الحيوي من الناحية التجارية في أنه يمكن زراعة خلايا الخميرة في أي مكان، ولا تتنافس مع موارد الأرض، كما أن التغير في التركيب الجيني لها أسهل من مصادر الوقود الحيوي الأخرى.
وقال لوني إنجرام، مدير مركز فلوريدا للكيماويات المتجددة والوقود في جامعة فلوريدا: “من خلال التغيير في التركيب الجيني لسلالة Yarrowia lipolytica، ابتكر الدكتور البير وفريقه البحثي محفزًا حيويًا شبه تجاري ينتج مستويات عالية من الزيوت الحيوية أثناء تخمر الكربوهيدرات”. “تُعد هذة ظاهرة رائعة في هندسة التمثيل الغذائي.”
حتى الآن، لايزال الإنتاج الوفير للوقود الحيوي والزيوت المتجددة هدفًا بعيد المنال، لكن يعتقد الباحثون أن الإنتاج على نطاق الصناعة ممكن من خلال هذا النموذج.
في جهد هندسي واسع النطاق امتد على مدار أربع سنوات، عدل الباحثون في التركيب الجيني لسلالة Yarrowia lipolytica عن طريق إزالة وتخليق الجينات التي تؤثر على إنتاج الدهون بكثرة. بالإضافة إلى ذلك، حدد الفريق الظروف المثلى لزراعة الخلايا التي تختلف عن الظروف التقليدية. تعتمد الطرق التقليدية على تجويع خلايا الخميرة لخداعها على تخزين الدهون والمواد. يوفر بحث البير آلية لنمو الدهون دون تجويع الخلايا. أسفر البحث عن تقنية تقدمت بها جامعة تكساس بأوستن للحصول على براءة إختراع.
وقال البير “النموذج الخاص بنا لا يتطلب تجويع خلاياه”.” “هذا يجعله جذاب للغاية من وجهة نظر إنتاج الصناعة.”
قام الفريق بزيادة مستويات الدهون بحوالي 60 مرة من نقطة البداية. عند مستويات الدهون بنسبة 90%، سجل النموذج أعلى إنتاج لمستويات محتوى الدهون التي تم إنتاجها حتى الآن باستخدام خلية خميرة معدلة وراثيًا. للمقارنة، فإن النماذج الأخرى القائمة على الخميرة تعطي محتوى من الدهون في نطاق 50 إلى 80 بالمائة. ومع ذلك، فإن هذه النماذج البديلة لا تنتج دائمًا الدهون مباشرة من السكر كما تفعل تقنية جامعة تكساس بأوستن.
يواصل البير وفريقه البحث عن طرق لزيادة تحسين مستويات إنتاج الدهون وتطوير منتجات جديدة باستخدام هذه الخميرة المعدلة وراثيًا.
المرجع
https://phys.org/news/2014-01-yeast-cells-sweet-crude-biofuel.html
