Naukowcy z Uniwersytetu Cincinnati oraz Narodowego Laboratorium Oak Ridge w Departamencie Energii USA dokonali odkrycia, które może znacząco usprawnić produkcję biopaliw. Badacze zrozumieli, w jaki sposób alkohol, wytwarzany podczas fermentacji biomasy roślinnej, uszkadza same mikroorganizmy, które go produkują.
Głównym przedmiotem badań był butanol, wysokoenergetyczny alkohol, który może być wykorzystywany jako biopaliwo, rozpuszczalnik lub surowiec chemiczny. Problem polega na tym, że butanol jest toksyczny dla mikroorganizmów, które go wytwarzają, co ogranicza jego produkcję podczas fermentacji.
„Głównym miejscem toksyczności jest błona komórkowa” – wyjaśnia Jonathan Nickels, profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej i środowiskowej na Uniwersytecie Cincinnati. „Rozpuszczalnik rozrzedza ją i sprawia, że staje się bardziej miękka i mniej stabilna. W końcu w błonie powstają dziury. Kiedy to następuje, komórka traci zdolność do wytwarzania energii.”
Do badania procesów zachodzących podczas fermentacji naukowcy wykorzystali eksperymenty z rozpraszaniem neutronów, które pozwalają na nieinwazyjne badanie błony komórkowej oraz obserwację struktur i układów cząsteczek. Dodatkowo, przy użyciu superkomputerów przeprowadzili symulacje dynamiki molekularnej, by zbadać, jak atomy i cząsteczki poruszają się i oddziałują w czasie.
„Neutrony dają możliwość badania wnętrza błony, co pomaga określić, jak rozprowadzany jest butanol” – powiedział Hugh O’Neill, dyrektor Centrum Biologii Molekularnej Strukturalnej w Oak Ridge.
Głównym autorem badania jest Luoxi Tan, absolwent studiów doktoranckich w College of Engineering and Applied Science Uniwersytetu Cincinnati. Zespół planuje w kolejnym etapie sprawdzić, czy można zwiększyć efektywność produkcji biopaliw poprzez stabilizację błon komórkowych.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Langmuir. Odkrycie to ma istotne implikacje długoterminowe – jak podkreśla Nickels: „Chcemy uczynić biopaliwa bardziej wydajnymi, co miałoby znaczące skutki ekonomiczne.”
Na podstawie: Breakthrough with biofuel: How alcohol damages microbes that produce it
