Trang chủTrở ngại đối với tiềm năng thương mại của nhiên liệu sinh học sản xuất từ các nguồn khác ngoài ngô đã giảm đến 10 lần nhờ vào một kỹ thuật biến đổi gen vi khuẩn có thể nâng cao được sản lượng isobutanol.
Khám phá của Trung tâm Khoa học năng lượng sinh học (BioEnergy Science Center – BESC) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, công bố trên Tạp chí Metabolic Engineering dựa trên kết quả nghiên cứu từ năm 2011, trong đó các nhà nghiên cứu báo cáo về loại vi khuẩn biến đổi gen đầu tiên được dùng để sản xuất isobutanol trực tiếp từ xenlulô.
Isobutanol được chú ý đến do có mật độ năng lượng và chỉ số octan rất gần với xăng và nó rất hữu ích không chỉ vì có thể thay thế trực tiếp cho xăng mà còn là một nguồn nguyên liệu hóa chất cho một loạt các sản phẩm khác nhau. Ví dụ, isobutanol có thể nâng bậc hóa học để có lượng hydrocacbon tương đương với nhiên liệu động cơ phản lực.
Trong khi các nghiên cứu trước đây của các nhà nghiên cứu BESC tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge thuộc Bộ Năng lượng và Đại học California tại Los Angeles (UCLA) có ý nghĩa quan trọng dưới góc độ kiểm nghiệm nguyên lý, kết quả nghiên cứu mới này mang lại lợi ích to lớn.
Theo đồng tác giả công trình nghiên cứu James Liao thuộc Trường khoa học ứng dụng và kỹ thuật Henry Samueli, UCLA cho biết, trong phát hiện ban đầu cách đây bốn năm, các nhà nghiên cứu tại UCLA và các nhà nghiên cứu Yongchao Li, Yunfeng Yang tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Rigde đã biến đổi gen chủng Clostridium cellulolyticum, một vi khuẩn bản địa phân hủy xenlulô có khả năng tổng hợp isobutanol trực tiếp từ xenlulô. Clostridium celluloyticium là một vi sinh vật ít phức tạp hơn từ góc độ kỹ thuật chuyển hóa. Giờ đây, họ đã thiết kế thành công những đặc điểm tương tự ở vi khuẩn Clostridium thermocellum cho năng suất cao hơn rất nhiều, và điều đó đã làm tăng hiệu quả của phương pháp xử lý sinh học củng cố (consolidated bioprocessing).
Phương pháp xử lý sinh học củng cố liên quan đến việc kết hợp một loạt các quá trình sinh học trung gian trong một vi khuẩn duy nhất, có thể được sử dụng để triết xuất đường từ xenlulô thực vật và chuyển đổi thành nhiên liệu sinh học. Cách tiếp cận này có thể được sử dụng để kết hợp một số bước – tiền xử lý, xử lý enzyme và lên men – để sản xuất nhiên liệu sinh học với chi phí thấp hơn.
Quá trình này cũng giúp vượt qua những thách thức bền vững (không phân hủy), hay sự phòng thủ tự nhiên của cây để không bị phân hủy về mặt hóa học. Tính bền vững là một trong những rào cản kinh tế chính trong việc sử dụng sinh khối lignocellulose như thân cây ngô và cỏ switchgrass (giống như cỏ may) làm nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học.
Trong khi loại vi khuẩn biến đổi gen trước đó đã đạt kết quả chuyển đổi là 0,6 gram isobutanol mỗi lít, thì loại Clostridium thermocellum tạo ra 5-6 gram mỗi lít. Các nhà nghiên cứu thực hiện điều này bằng cách gắn chèn năm gen vào vi khuẩn, tạo cho nó khả năng tổng hợp isobutanol. Đây được coi là một tiến bộ vượt bậc so với chiến lược sử dụng men để tạo ra nhiên liệu sinh học từ xenlulô.
Ngoài việc phát triển này, nhóm nghiên cứu BESC đã tiến gần hơn đến mục tiêu thương mại hóa của phương pháp là sản xuất được hơn 20 gram mỗi lít nhờ vào thực tế là loại vi khuẩn này hoạt động ở nhiệt độ đủ cao để có thể tránh được côn trùng không làm hỏng các thùng lên men vi sinh và can thiệp vào quá trình chuyển hóa.