تحويل السكر إلى أحد جزيئات البنزين

باستخدام بكتيريا وأحد المُحفزات

نجح باحثون من جامعة بافالو الأميركية في تحويل الغلوكوز (نوع من السكر) إلى أوليفينات (نوع من الهيدروكربون، وواحد من عدة أنواع من الجزيئات التي يتكون منها البنزين)، وهي خطوة تمثل تقدما في الجهود المبذولة لخلق وقود حيوي مستدام.
وخلال الدراسة المنشورة 22 نوفمبر (تشرين الثاني) الماضي، في دورية «نيتشر كميستري»، أبلغ الفريق البحثي عن تفاصيل عملية إنتاج الأوليفينات، والتي تعتمد على خطوتين، تستخدم فيها ميكروبات آكلة للسكر، ومحفز.
والأوليفينات تشكل نسبة صغيرة من جزيئات البنزين، لكن العملية التي طورها الفريق البحثي يمكن تعديلها في المستقبل لتوليد أنواع أخرى من الهيدروكربونات أيضاً، بما في ذلك بعض المكونات الأخرى للبنزين، كما أن الأوليفينات لها تطبيقات غير الوقود، حيث يتم استخدامها في مواد التشحيم الصناعية وفي صناعة البلاستيك.
ولإنتاج الأوليفنات، بدأ الباحثون بتغذية سلالات من الإشريكية القولونية التي لا تشكل خطرا على صحة الإنسان بالغلوكوز، فهذه الميكروبات مدمنة للسكر، بل أسوأ من أطفالنا، كما تقول تشن وانغ، الأستاذة المساعدة في جامعة بافالو للعلوم البيولوجية، وخبيرة في البيولوجيا التركيبية، والباحث الرئيسي بالدراسة، مازحة في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للجامعة، بالتزامن مع نشرها.
وتمت هندسة الإشريكية القولونية في التجارب وراثياً لإنتاج مجموعة من أربعة إنزيمات تقوم بتحويل الغلوكوز إلى مركبات تسمى الأحماض الدهنية «هيدروكسي - 3»، وعندما استهلكت البكتيريا الجلوكوز، بدأت أيضاً في إنتاج الأحماض الدهنية.
ولإكمال التحول، استخدم الفريق محفزاً يسمى خامس أكسيد النيوبيوم (Nb2O5) لتقطيع الأجزاء غير المرغوب فيها من الأحماض الدهنية في عملية كيميائية، مما ينتج عنه المنتج النهائي: الأوليفينات.
وحدد العلماء الإنزيمات والمحفز من خلال التجربة والخطأ، واختبروا جزيئات مختلفة بخصائص تهيئ نفسها للمهام المطروحة.
تقول وانغ «قمنا بدمج أفضل ما يمكن أن تفعله الأحياء مع ما يمكن للكيمياء أن تفعله بشكل أفضل، وقمنا بتجميعهما معاً لإنشاء هذه العملية المكونة من خطوتين، وباستخدام هذه الطريقة، تمكنا من إنتاج الأوليفينات مباشرة من الجلوكوز».
ويأتي الغلوكوز من عملية التمثيل الضوئي التي تسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومن ثم فإن إنتاج الوقود الحيوي من مصادر متجددة مثل الغلوكوز لديه إمكانات كبيرة لتطوير تكنولوجيا الطاقة الخضراء، كما تؤكد وانغ.
وتضيف «تنتج النباتات الغلوكوز من خلال عملية التمثيل الضوئي، والتي تحول ثاني أكسيد الكربون والماء إلى أكسجين وسكر، لذا فإن الكربون الموجود في الغلوكوز - ولاحقاً الأوليفينات - هو في الواقع من ثاني أكسيد الكربون الذي تم سحبه من الغلاف الجوي».
ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم فوائد الطريقة الجديدة وما إذا كان يمكن زيادتها بكفاءة لصنع الوقود الحيوي أو لأغراض أخرى.
وأحد الأسئلة الأولى التي يجب الإجابة عليها هو مقدار الطاقة التي تستهلكها عملية إنتاج الأوليفينات، فإذا كانت تكلفة الطاقة مرتفعة للغاية، فستحتاج التكنولوجيا إلى التحسين لتكون عملية على المستوى الصناعي.
ويهتم العلماء أيضاً بزيادة العائد، فحالياً، يتطلب الأمر 100 جزيء غلوكوز لإنتاج حوالي 8 جزيئات أوليفين، ونحن نرغب في تحسين هذه النسبة، مع التركيز على دفع بكتيريا الإشريكية القولونية لإنتاج المزيد من الأحماض الدهنية «هيدروكسي – 3»، لكل غرام من الغلوكوز المستهلك.