BDO, czyli 1,4-butanodiol stanowi jeden z najważniejszych związków chemicznych dla przemysłu chemicznego (rocznie produkowane jest około 1,4 miliona ton BDO, o łącznej wartości około 4 miliardów dolarów). Bez tej substancji niemożliwe byłoby wytworzenie wielu handlowo dostępnych produktów, między innymi rozpuszczalników organicznych, polimerów popularnie nazywanych plastikami oraz zaawansowanych materiałów wybuchowych.

Ponieważ obecnie produkcja BDO jest całkowicie uzależniona od ropy naftowej lub gazu ziemnego - których ceny w ostatnich latach są mocno niestabilne - od jakiegoś czasu naukowcy poszukiwali alternatywnej metody, która pozwoliłaby na produkcję 1,4-butanodiolu w sposób, po pierwsze bardziej przyjazny środowisku, po drugie tańszy, a przede wszystkim całkowicie niezależny od ropy naftowej czy gazu ziemnego.

Niespodziewanie najskuteczniejszym rozwiązaniem okazały się drobnoustroje. A dokładniej Escherichia coli, ta sama bakteria - choć nieco zmodyfikowana biotechnologicznie - która zamieszkuje układ pokarmowy każdego zdrowego człowieka.

Naukowcy z instytutu badawczo-rozwojowego zlokalizowanego przy Genomatica (USA) opracowali metodę biotechnologicznej modyfikacji komórek bakterii coli za pomocą zaawansowanych technik biologii molekularnej tak, by każda komórka skutecznie przetwarzała naturalne źródło węgla, jakim jest cukier, w biologicznego pochodzenia 1,4-butanodiol (bio-BDO).

Prace rozpoczęto od stworzenia specjalnego algorytmu, który umożliwił określenie najbardziej prawdopodobnych szlaków metabolicznych, poprzez które musiałaby przejść cząsteczka cukru, by zostać ostatecznie przetworzona w bio-BDO. Następnie spośród dostępnych w naturze enzymów, wybrano takie które umożliwiłyby realizację wytypowanego przez algorytm rozwiązania. Ostatecznie wszystkie niezbędne elementy wprowadzono do komórki bakterii Escherichia coli i po dodaniu do reaktora hodowlanego odpowiednich ilości cukrów rozpoczęto po raz pierwszy na świecie produkcję w pełni ekologicznego 1,4-butanodiolu.

Wydajność procesu jest na razie niewielka - można uzyskać 18 gramów bio-BDO z 1 litra hodowli bakteryjnej.

Obecnie trwają prace nad zwiększeniem stężenia uzyskiwanego bio-BDO, poprzez biotechnologiczną modyfikację bakterii tak, by te były w stanie przeżyć wyższe stężenie toksycznych chemikaliów wytwarzanych wewnątrz komórki. Według autorów nowej metody wszystko wskazuje na to, że w najbliższym czasie próg wydajności zostanie zwielokrotniony pięciokrotnie, dzięki czemu z 1 litra hodowli uzyskiwane będzie 100 gramów bio-BDO, który już dziś w produkcji jest tańszy od odpowiednika syntetyzowanego tradycyjną metodą. KLG

PAP - Nauka w Polsce

krf/bsz