хімічні речовини є навколо нас. Вони мають вирішальне значення в усіх галузях промисловості, від сільського господарства до продуктів харчування до косметики. Більшість людей мало замислюються над тим, як виготовляють ці хімічні речовини - і, звичайно, дуже мало хто вважатиме хімічну промисловість внеском у залежність нашого суспільства від нафти. Але це.

Історично нафта використовувалася для розробки хімічних речовин, необхідних для таких продуктів, як пестициди, харчові добавки та макіяж. Хоча багато будівельних блоків, необхідних для отримання цих хімічних речовин, відбуваються природним шляхом, спроба взяти ці природні матеріали та використовувати їх у масштабних промислових процесах виявилася важкою і дорогою. Тож замість цього використовується нафта.

Донедавна нафта розглядалася як дешевий товар, який був доступний у достатку, тому нафта була ідеальною для використання в хімічній промисловості. Однак світ змінився. Зараз ми визнаємо необхідність зменшити свою залежність від нафти, щоб захистити навколишнє середовище та підтримувати нашу національну безпеку. Також є проблеми зі здоров’ям над вживанням нафти в продуктах, які ми їмо, і застосовуємо до нашого тіла.

Ось чому нові сучасні методи промислової біотехнології так важливі; вони дозволяють використовувати інженерні бактеріальні клітини, а не нафтопродукти, для розробки хімічних речовин, що використовуються в цих продуктах. Важливо, що бактерії можуть вирощуватися на низці дешевих та поновлюваних ресурсів, навіть різних видів відходів сільськогосподарських угідь.

Однак для ефективного використання бактерій - і таким чином, який можна збільшити в промисловості - нам потрібно знати набагато більше про біологію бактеріальних клітин. Тільки досліджуючи механізми та процеси, що лежать в основі клітин, ми можемо навчитися використовувати їх для вироблення органічних хімічних речовин таким чином, який раніше не був можливим для промисловості.

Дружні бактерії

В університеті Ньюкасла Центр бактеріальної клітинної біології ми витратили роки на навчання Сінна паличка, бактерія, яка мирно живе в ґрунті чи навіть в кишечнику людини. Цей організм та його родичі дуже добре виробляють і секретують ферменти, які є каталізаторами для всіляких корисних процесів. Це означає Бацили вже широко використовуються промисловістю, наприклад, при виробництві ферменти, які використовуються в біологічних пральних порошках наприклад, протеази (які розщеплюють плями крові, яєць та інших білків) або амілази (які розчиняють крохмаль).

Однак спектр ферментів, які вони можуть ефективно виділяти, набагато обмежений, ніж нам би хотілося. Дослідження фундаментальних структур і процесів бактерії починають давати нам можливість інженерувати клітини для виділення більш широкого спектру білків з найрізноманітніших джерел.

Це означає, що раніше бацила буде використовуватися для виготовлення всіх видів ферментів, включаючи ті, які потрібні в хімічній промисловості для заміни процесів, що зараз залежать від нафти.

Це величезна можливість. Європейська промислова біотехнологічна індустрія має щорічний обсяг обігу понад 60 млрд. Євро, а прогнозується, що світовий ринок промислових ферментів вартістю 7.1 млрд. дол автор 2018. Одні миючі ферменти складають бізнес на мільярд доларів.

Однак продовження опори на рішення на основі нафти буде гальмувати зростання та може мати значні суспільні та екологічні наслідки. Заміна нафти бактеріями матиме реальний вплив на життя людей.

Водорості проти засмаги

Сонячний крем - хороший приклад. Один з проектів ми працюємо в Ньюкаслі з метою розробки органічних сполук, що поглинають УФО, з поновлюваних матеріалів для використання в сонцезахисних кремах.

Пошкодження від впливу УФ-випромінювання викликає велике занепокоєння, і зростає попит на косметику, що блокує УФ-промені. Промисловість покладається на олійні технології та неорганічні частинки оксиду металів для створення матеріалів, що блокують УФ-промені для використання в сонцезахисному кремі.

Однак ми знаємо, що фотосинтетичні бактерії під назвою ціанобактерії, які ростуть у морі, роблять своє органічні сонцезахисні молекули. Беручи відповідні гени з ціанобактерій і пересаджуючи їх у бактерію, яка вже широко використовується в хімічному виробництві, ми сподіваємося, що зможемо це змінити. Якщо ми матимемо успіх, процес можна легко розширити, тому косметична промисловість зможе розробити дешевий органічний сонцезахисний крем.

Це лише один приклад того, як бактерії могли підтримувати майбутнє без олії. Вже триває робота з вивчення потенціалу використання відходів для вирощування бактерій або інших мікроорганізмів, які можуть зробити хімікати, такі як етанол, для використання як "біопаливо" для автомобілів та літаків, що ще більше скоротить використання нафти.

Потрібно ще багато роботи, щоб зробити це бачення реальністю, але продовжуючи досліджувати, як працюють бактеріальні клітини та як їх можна використовувати в хімічному виробництві, ми можемо побачити майбутнє, в якому відходи стають енергією, і ми можемо жити без олія.

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда
Читати оригінал статті.

про автора

Професор Джефф Еррінгтон - директор Центру бактеріальної клітинної біології в університеті Ньюкасла. Професор Еррінгтон - видатний клітинний та молекулярний біолог, зацікавлений у фундаментальних біологічних проблемах, особливо клітинному циклі та клітинному морфогенезі у бактерій. Він є членом Королівського товариства з великим досвідом комерційної експлуатації фундаментальної науки.