Biopaliwo z drożdży i alg – grant NCN

– Drożdże Yarrowia lipolytica występują m.in. w serach i długo dojrzewających wędlinach, wykorzystuje się je do produkcji erytrytolu, czyli słodzika, i kwasu cytrynowego. Są całkowicie bezpieczne, a do tego posiadają  duży potencjał metaboliczny do produkcji różnych wartościowych związków – mówi dr Adam Dobrowolski z Katedry Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności, który te właśnie drożdże chce wykorzystać do produkcji biopaliwa stosując biomasę alg jako substrat. 

Jak wyjaśnia: zwiększająca się liczba ludności na świecie to zwiększające się zapotrzebowanie na żywność i energię, powinniśmy zatem szukać nowych źródeł surowców i żyć zgodnie z ideą zrównoważonego rozwoju. A jednym z jej kluczowych elementów jest gospodarka oparta na wiedzy i odnawialnych źródłach energii. Zużycie surowców kopalnianych można częściowo ograniczyć przez zastąpienie ich paliwami produkowanymi na bazie biomasy roślinnej. To wymaga jednak ogromnych areałów pól uprawnych przeznaczonych na cele nieżywnościowe. A rozwój biotechnologii pozwala już na produkowanie biopaliw przez mikroorganizmy, które występują w środowisku naturalnym i mają zdolność do wytwarzania i akumulacji lipidów, czyli tłuszczy niezbędnych do powstania biodiesla.

– Drożdże Yarrowia lipolytica są jednymi z najlepiej poznanych olejodajnych mikroorganizmów, ale jak wszystkie żywe organizmy muszą coś jeść, żeby rosnąć – a żeby cały proces był ekonomicznie opłacalny, ich pożywienie mus być jak najtańsze. Dlatego pomyślałem o algach – do ich otrzymywania nie potrzeba słodkiej wody, której coraz bardziej brakuje, przeciwnie – mnóstwo alg jest wyrzucanych na brzeg morza i państwa z długą linią brzegową mają z nimi problem. Stosunkowo mało alg spożywamy, więc nie konkuruję tu z produkcją żywności. Nie zajmują areału uprawnego, nie trzeba stosować w ich uprawie nawozów. Biomasa alg wydaje się więc atrakcyjnym substratem do wykorzystania przez mikroorganizmy produkujące wartościowe substancje  – tłumaczy dr Dobrowolski, który ostatnie dwa miesiące spędził na Politechnice Duńskiej, gdzie nawiązał kontakty ze skandynawskimi instytucjami naukowymi i firmami, wytwarzającymi hydrolizaty z alg, czyli przetwarzającymi algi w substancje gotowe do pracy w laboratoriach. To one dostarczą surowców do badań prowadzonych w ramach grantu SONATA BIS 7.

Jednak głównym składnikiem ścian komórkowych alg jest alginian (w laboratoriach często wykorzystywany do unieruchomienia komórek), który zutylizować, tzn. strawić i wykorzystać do produkcji innych związków, potrafią mało które organizmy. Istotą badań będzie więc wprowadzenie do drożdży szlaku utylizacji alginianu, ich modyfikacja genetyczna. Zespół dr. Dobrowolskiego (konkurs poza przyszłościowymi projektami badawczymi, promuje także powoływanie nowych zespołów naukowych) wykorzysta do tego celu miedzy innymi metodę CRISPR/Cas9 – stosunkowo nowe narzędzie inżynierii genetycznej, które pozwala na wprowadzanie bardzo precyzyjnych zmian w genomie. Później zespół sprawdzi, czy tak zmodyfikowane drożdże nadal będą (i w jakim stopniu) produkowały lipidy.

– Jeżeli nam się uda, uzyskamy surowiec do produkcji biopaliw produkowany przez mikroorganizmy. To będzie dokładnie takie samo źródło energii, jak biopaliwo produkowane w tej chwili z rzepaku – podsumowuje dr Adam Dobrowolski. – Dzięki możliwościom jakie oferuje biologia syntetyczna w połączeniu z rozwinięciem badań nad metabolizmem podstawowym, na bazie komórek drożdży stworzymy „biologiczną fabrykę”, która połączy w sobie zagospodarowanie trudno rozkładalnych związków organicznych z produkcją wartościowych substancji chemicznych. Jeśli w przyszłości uda się wprowadzić do codziennego życia bioprodukty uzyskane przy pomocy mikroorganizmów – to będzie przełom w zrównoważonym rozwoju naszej cywilizacji.