« التكلفة والأثر البيئي لإنتاج الوقود الحيويّ السائل والمواد الكيميائية الحيويّة كبدائل للمنتجات القائمة على النفط يمكن أن ينخفض بشكل ملحوظ؛ وذلك بفضل تقنية الهندسة الأيضية الجديدة ».

يُستخدم الوقود الحيويّ السائل على نحو متزايد في جميع أنحاء العالم، إما كبديل مباشر للبنزين أو كمادة مُضافة تساعد على تخفيض انبعاثات الكربون.فغالبا ما يُنتَجُ الوقود والمواد الكيميائية باستخدام الميكروبات لتحويل السكّريات من الذرة وقصب السكر، أومن كتلة مصنعة من السليلوز إلى منتجات مثل الإيثانول وغيرها من المواد الكيميائية، عن طريق التخمير.

ومع ذلك، يمكن لهذه العملية أنْ تكون مكلفة، وقد كافح المطورون للتقليل من حيث التكلفة بزيادة الإنتاج من الوقود الحيويّ المتطور؛ لكي يتدرج إلى مستويات التصنيع على نطاق واسع.
مشكلة واحدة تواجه المنتجين هي التلوث في أوعيه التخمّر مع غيرها من الجراثيم غير المرغوب فيها. ويُمكن لهؤلاء الغزاة التنافس مع الميكروبات المُنتجة للمغذيات، والحد من إنتاجيتها.

ومن المعروف أنَّ الإيثانول سامّ لمعظم الكائنات الحية الدقيقة الأخرى. أمَّا الخميرة المستخدمة في إنتاجه [ خميرة الخبَّاز] تمنع بشكل طبيعي تلوث عملية التّخمّر. ومع ذلك، ليس هذا هو الحال بالنسبة لأنواع الوقود الحيويّ والمواد الكيميائية الحيويّة الأكثر تقدمًا والتي هي قيد التطوير.
فلقتل الميكروبات الغازيَة [ المهاجمة ] يجب على الشركات استخدام بديل عن التعقيم بالبخار الذي يتطلب أوعية للتخمر مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ باهظ الثمن. أو المضادات الحيوية المكلفة.
فتعرض أعداد كبيرة من البكتيريا لهذه الأدوية تُشجع ظهور السلالات البكتيرية المتسامحة، التي يمكن أنْ تُسهم في زياده مشكلة عالمية متزايدة من مقاومة البكتيريا للمضادات.

قال [ غريغوري ستيفانوبولوس ] : « لقد طور الباحثون ميكروبا ت مثل [ ايشيرشيا كولاي] ، مع القدرة على استخلاص النيتروجين والفوسفور – وهما المواد الغذائية الحيوية اللازمة للنمو – من مصادر غير تقليدية التي يمكن إضافتها إلى اوعية التخمير. وهم [ ويلارد هنري داو] أستاذ الهندسة الكيميائية والتكنولوجيا الحيوية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، و[جو شو] كبير مديري البحوث والتطوير في Novogy، الذي قاد فريق البحث.
وهناك المزيد ؛ لأنَّ السلالات المُهندَسة هي الوحيدة التي تملك هذه الميزة عندما يتم إطعامها هذه المواد الكيميائية غير التقليدية، فإن فرص هروبها ونموها بطريقة غير المُنضبط خارج المصنع في البيئة الطبيعية منخفضة للغاية » .
يقول ايضاً : « ولقد انتجنا ميكروبات يُمكنها استخدام بعض المركبات الغريبة عليها بيولوجيًا والتي تحتوي على النيتروجين، مثل الميلامين » . فالميلامين هو « أجنبي بيولوجيا» [exonbiotic] “، أو الاصطناعي وهو ماده كيميائية تحتوي على 67 في المئة النيتروجين من حيث الوزن.

التّخمر الحيويّ التقليدي عادة ما يستخدم الأمونيوم لتزويد الميكروبات مع مصدر النيتروجين. ولكنْ يحدث للكائنات تلوث، مثل البكتريا المكونة [ لاكتوباسيلاي]. يمكن أيضا استخراج النيتروجين من الأمونيوم، مما يتيح لها أن تنمو وتتنافس مع الكائنات الحية الدقيقة المنتجة.
يقول ستيفانوبولوس : « في المقابل، هذه الكائنات ليست لديها مسارات وراثية لازمة لاستخدام الميلامين كمصدر النيتروجين وأنهم بحاجة إلى تكوين مسار خاص لتكون قادرة على الاستفادة من الميلامين، وإذا لم يكن لديهم القدرة فلا يمكنهم دمج النيتروجين، لذلك لا يمكنها النمو.
هندسة الباحثين للـ [ ايشيرشيا كولاي ] مع مسار اصطناعي من ست خطوات الذي يسمح لها بالتعبير عن الأنزيمات اللازمة لتحويل الميلامين إلى أمونيا وثاني أكسيد الكربون، في إطار استراتيجية متينة. [ ROBUST ] هي عملية قوية من خلال استخدام تقنية الركيزة.

عندما أجريت تجاربهم مع مزرعة [ بيئة لنمو البكتيريا ] مختلطة من [ ايشيرشيا كولاي ] و من سلالة مطورة هندسيا وسلالة تحدث بشكل طبيعي، وجدوا نوعَ المُهنْدسَة تنافس بسرعة وتملك السيطرة، عندما تتغذى على الميلامين.وبعد ذلك قاموا بالتحقق بهندسة خميرة الخباز [ ساكاروميسز سيريفيزاي ] للتعبير عن الجينات التي سمحت لها لتحويل السياناميد الكيميائية التي تحتوي على النتريل إلى يوريا، والتي يمكن منها الحصول على النيتروجين.
أما سلالة المعاملة هندسيا كانت قادرة على النمو مع السياناميد كمصدرها الوحيد النيتروجين .
وأخيرا قام الباحثون بالتحويل هندسيا للاثنين معا [ ساكاروميسز سيريفيزاي] وخميرة [Yarrowia lipolytica] باستخدام فسفيت البوتاسيوم كمصدر للفوسفور. مثل سلالة [ كولاي ] المهندسه، وكانت قادرة على التنافس طبيعيا مع سلالات عندما تتغذى على هذه المواد الكيميائية .
ويقول ستيفانوبولوس :
« لذلك من خلال هندسة سلالاتٍ نجعلها قادرةً على الاستفادة من هذه المصادر غير التقليدية من الفوسفور والنيتروجين، ونقدم لها ميزة تسمح لها بالتنافس ومقاومة أيٍ من الميكروبات الأخرى التي قد تغزو التخمر دون تعقيم».

تمّ اختبار الميكروبات بنجاح على مجموعة متنوعة من المواد الأولية للكتلة الحيوية، بما في ذلك معجون أو مهروس الذرة، [ هيدروليساتي السليلوزية] وقصب السكر، حيث أنَّها أثبتت عدم فقدان الإنتاجية بالمقارنة مع السلالات التي تحدث بشكل طبيعي.
ويقول [ شو] : « استراتيجية [ ROBUST] هي الآن جاهزة للتقييم الصناعي» .
وقد تم تطوير هذه التقنية مع باحثين Novogy، الذين قاموا باختبار السلالات هندسيا في نطاق المختبر والتجارب مع أوعية التخمر 1000 لتر، ومع فيليكس لام من معهد MIT وايتهيد للأبحاث الطبية الحيوية، الذي قاد اختبار hydrosylate من السليولوز.
ويقول [شو] : فــ Novogy تأمل استخدام التكنولوجيا في انتاج الوقود الحيوي والكيميائي الحيوي، و مهتمة ايضا بمنح التراخيص للاستخدام من قبل الشركات المُصنعة الأخرى.

المصادر : 1