Zvětšit obrázek

Patří budoucnost biopaliv bakterii E. coli? Kredit: iGEM 2007

Bez ohledu na politické postoje asi nebude problém souhlasit s tím, že paliva není nikdy dost a že je fajn snažit se vyrobit ho co nejvíc z co nejrozmanitějších zdrojů. V tomto případě je totiž pestrost zaručenou bezpečnostní pojistkou. Mezi jinými pozoruhodnými nápady se v poslední době těší značné popularitě koncept výroby biopaliva v bakteriálních bioreaktorech, kde šikovné bakterie zpracovávají rozemleté kusy rostlin, vznešeně označované jako rostlinná biomasa.

Bioinženýr Jay Keasling z University of California v Berkeley a jeho spolupracovníci v nejnovějším čísle časopisu Nature publikovali výsledky svých molekulárních hrátek, během nichž lstivě geneticky upravili bakteriální hvězdu první velikosti – nepřekonatelnou E. coli. Jejich dítka dovedou přežvýkat cukry z rostlinné hmoty a udělat z nich vytoužené biopalivo.

Zvětšit obrázek

Elegantní Clostridium stercorarium. Kredit: TU Munchen

Keaslingův tým vložil do genomu E. coli geny, které těmto bakteriím umožňují vyrábět bionaftu – směs esterů nenasycených mastných kyselin přímo z rostlinných zbytků. Bakterie si jen tak plavou v bioreaktoru a vesele vypouštějí biopalivo, které pak lze snadno odčerpat ze svrchní části nádoby a odvézt do čerpacích stanic. Celý postup je nápadně snazší, než výroba bionafty z rostlinných olejů, která zahrnuje náročnou transesterifikaci spočívající v mísení metanolu s hydroxidem sodným a pak s řepkovým, případně sojovým nebo jiným olejem. Zároveň není nutná žádná destilace nebo jiný komplikovaný proces čištění výsledného produktu, čímž se bakteriální biopalivo liší od bionafty vyráběné z rozemletých buněk řas.

Jedním z klíčových momentů bylo zpracování genů půdní bakterie Clostridium stercorarium a střevního symbionta Bacteroides ovatus, které nesou informaci o enzymech trávících celulózu. Geneticky modifikované E. coli pak tyhle enzymy vylučují do svého okolí a rozkládají s nimi celulózu na jednoduché cukry, které nakonec přemění na bionaftu. Keasling a spol. si E. coli nevybrali jen tak náhodou. Je neuvěřitelně podrobně prozkoumaná a zároveň je obdivuhodně odolná. Velmi ochotně snáší rozsáhlé genetické úpravy. Na rozdíl od mnohých mikroorganismů přežije v benzínu i v rozpouštědlech.

Zvětšit obrázek

Sklizeň ozdobnice. Kredit: DiscoverSolarEnergy

Bakteriální bioreaktory zatím umí zručně vyrobit uhlovodíky se 12 a více uhlíky v molekule s menším počtem rozvětvení. Není pro ně problém udělat bionaftu nebo třeba kerosin – oblíbené palivo tryskáčů a raket. Tvrdým oříškem pro ně ovšem zůstávají uhlovodíky s krátkými a více větvenými molekulami, jako je třeba benzín. Keasling sebevědomě prohlašuje, že se benzín dá udělat jinak a že právě dělají na technologiích, které by výrobu benzínu měly umožnit.

Zvětšit obrázek

Bacteriodes fragilis, příbuzná B. ovatus. Kredit: Tashiror/ MicrobeWiki

Vývoj bioreaktoru založeného na E. coli ještě není ani zdaleka u konce. Vystrašené strážce čistoty přírody bude nejspíš potřeba uklidnit zmrzačením geneticky upravených bakterií, aby nebyly schopné se množit ve volné přírodě, i když je to podle všeho dost zbytečné. Bakterie si už miliardy let mění geny jako vášniví sběratelé a veškeré naše genetické snažení jim nesahá ani po paty. Pro životaschopné komerční využití bakteriálních bioreaktorů bude také nutné zvýšit výtěžnost přeměny cukru na bionaftu, která teď u geneticky upravené E. coli činí pouhých 10 procent. Keasling by se chtěl dostat na 80 až 90 procent.

Spojené státy spálí ročně zhruba 530 miliard litrů benzínu ročně, kdežto bionafty zatím jen 7,5 miliardy litrů. Keasling před časem odhadl, že by veškeré potřeby dopravy v USA pokrylo 40,5 miliónu hektarů polí s mohutnou trávou ozdobnicí – křížencem Miscanthus x giganteus, když by sklízené třímetrové trávy sežvýkávaly geneticky modifikované bakterie – právě jako nová E. coli. Uvedená plocha představuje zhruba jednu čtvrtinu půdy, na které se dnes v USA pěstují zemědělské plodiny. To je samozřejmě nadsázka. Asi by nebylo rozumné orientovat veškerou výrobu paliva zrovna na bakteriální bioreaktory. Je ale možné, že geneticky vylepšené E. coli budou za pár let hrát v pohonných hmotách nezanedbatelnou roli.

Zdroje:  Scientific American 27. 1. 2010, Nature 463: 559-562