E. Coli – источник энергии будущего?

Для большинства людей название бактерии «E. Coli» (Escherichia coli) является синонимом заражения продуктов питания и их отзывов с рынка, однако группа исследователей из Техасского Университета (Texas A&M University) (США) считает, что этот микроорганизм может стать альтернативным источником энергии, которая будет использоваться в самых различных сферах деятельности человека.

С помощью генетической модификации бактерий профессор кафедры химической инженерии Техасского Университета Томас Вуд (Thomas Wood) и его коллеги получили штамм бактерий, производящий большое количество водорода – примерно в 140 раз больше, чем бактерии дикого типа. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Microbial Biotechnology.

Несмотря на то, что эта разработка еще не скоро получит какое бы то ни было коммерческое применение, этот первоначальный успех – серьезный шаг в направлении создания энергетических систем, основанных на использовании водорода.

Водород – это экологически чистый, эффективный и возобновляемый источник энергии, который широко применяется в технологии топливных элементов (в оригинале – fuel-cell technology) и обладает потенциалом применения в таких областях, как электроника, разработки новых видов автомобильного топлива и даже проектирование теплоэлектростанций нового поколения. В настоящее время основную часть водорода получают посредством так называемого «расщепления воды». Но процесс этот весьма дорог и требует существенных затрат энергии – последнее служит главной причиной неудобства его использования.

Томас Вуд считает, что его работа с E. Coli может это изменить.

Существует достаточно много различных штаммов E. Coli, некоторые из которых могут продуцировать токсины, опасные для человека. Однако большинство широко распространенных штаммов совершенно безопасны. E. Coli является основным компонентов кишечной флоры человека, участвующим в пищеварении и предотвращающим заселение слизистой оболочки кишечника патогенными бактериями.

E. Coli также – давно известный биологический объект, использующийся в том числе в производстве инсулина и в исследованиях по разработке новых вакцин. Однако до настоящего времени никто еще не предлагал использовать E. Coli в качестве источника энергии.

Селективно «выключив» шесть специфических генов в ДНК бактерии, Вуд и его коллеги превратили ее в мини-фабрику по производству водорода из глюкозы. «В геноме E. Coli насчитывается до 5000 специфических генов, которые позволяют ей приспосабливаться к меняющимся условиям среды благодаря гибкости метаболических процессов», объясняет Томас Вуд, «если мы подавляем экспрессию некоторых из них, мы таким образом искусственно снижаем уровень приспособленности бактерии, заставляя ее реализовывать лишь определенные метаболические пути. Таким образом, в наших экспериментах бактерия ничего не приобретает, а, напротив, теряет».

Полученный штамм может получать глюкозу из самых разнообразных источников (например, из кукурузы и других злаков), затем перерабатывая ее в водород. Этот процесс не требует больших энергозатрат и гораздо дешевле, чем «расщепление воды».

«Одной из основных проблем в химической инженерии – непосредственное получение продукта», говорят исследователи, «водород – газ, то есть мы имеем просто пузырьки газа в растворе, которые необходимо улавливать. Это достаточно просто. В результате мы получаем чистый водород без каких-либо примесей».

Можно ожидать, что затраты на постройку новых трубопроводов для водорода могут существенно затормозить реализацию проекта получения бактериальной энергии. Также следует помнить о повышенном риске транспортировки этого газа. Решением может стать совмещение процессов производства водорода и его использования для получения энергии. «Можно транспортировать исходный продукт, то есть сахар, а в транспортировке сахара нет ничего опасного», поясняет Вуд.

В настоящее время исследователи отрабатывают новую методику, которая уже продемонстрировала свой потенциал. Их цель – получить как можно больше водорода из как можно меньшего количества сахара.

«Возьмем, к примеру, бытовое потребление энергии»[i], говорит руководитель проекта, [i]«для обеспечения необходимой энергией среднестатистической семьи нам бы потребовался биореактор размером с топливный бак на 250 галлонов топлива. Однако сейчас мы добились того, что реактор, круглосуточно обеспечивающий среднюю семью необходимой энергией, весит примерно 80 килограмм. Мы планируем сократить его вес на порядок».


Микрофотография Escherichia coli (фото получено с помощью сканирующего электронного микроскопа)

По материалам:
ScienceDaily