เอนไซม์ออกแบบใหม่ ช่วยให้พืชผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพได้มากขึ้น
เชื้อเพลิงชีวภาพ เช่น เอทานอลเป็นเชื้อเพลิงที่ยั่งยืนซึ่งทำจากชีวมวล ชีวมวลประกอบด้วยวัสดุชีวภาพใดๆ ที่เกิดขึ้นจากสปีชีส์ที่มีชีวิต ที่รวมถึงพืช สัตว์ และจุลินทรีย์
เนื่องจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่ถูกปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้มีค่าเกือบเท่ากับ CO2 ที่ถูกดูดซับในระหว่างการเติบโตของวัสดุต้นทาง เชื้อเพลิงชีวภาพ จึงถือเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนและมีความต้องการสูงมาก ด้วยเหตุนี้ การค้นหาวิธีใหม่และมีประสิทธิภาพในการผลิตพวกมัน เป็นความพยายามสำคัญของนักวิจัยหลายคน
เอนไซม์ชนิดใหม่
เพื่อที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพของการเปลี่ยนชีวมวลของพืชหญ้าให้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพและผลิตภัณฑ์ชีวภาพอื่นๆ นักชีววิทยาพืชที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven ของ DOE ได้สร้างเอนไซม์ชนิดใหม่ที่จะปรับความสามารถของพืชในการพัฒนาชีวมวลให้เหมาะสม
เอนไซม์เหล่านี้จะปรับเปลี่ยนสารเคมีที่สร้างผนังเซลล์พืชเพื่อให้เข้าถึงน้ำตาลที่โดยปกติแล้วยังคงถูกขังอยู่ในโครงสร้างที่สลับซับซ้อน น้ำตาลเหล่านี้มีคุณสมบัติในการผลิตเชื้อเพลิงที่เป็นเอกลักษณ์
“แนวคิดเรื่องชีวมวลเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพดูเหมือนง่าย แต่ในทางเทคนิคแล้วเป็นเรื่องยากมากที่จะปล่อยน้ำตาลออกมา” Chang-Jun Liu นักชีววิทยาพืชอาวุโสจาก Brookhaven Lab ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าว
Liu ได้แก้ไขปัญหานี้ด้วยเอนไซม์ที่ถูกผลิตขึ้นโดยธรรมชาติที่เรียกว่า monolignol 4-O-methyltransferases (MOMTs) มาเกือบ 15 ปีแล้ว MOMT มีความสามารถพิเศษในการเปลี่ยนแปลง monolignols ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของพอลิเมอร์ที่ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของพืชที่เรียกว่าลิกนิน การใช้ลิกนินและการลดการมีอยู่ของลิกนินในพืชทำให้เข้าถึงน้ำตาลได้มากขึ้นเนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนของส่วนประกอบสามารถขัดขวางการสกัดน้ำตาลจากเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสได้อย่างมีประสิทธิภาพ การสกัดนี้เป็นกุญแจสำคัญในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ
Liu และทีมงานของเขาได้ดำเนินกระบวนการนี้กับต้นป็อปลาร์ (poplar trees) แล้ว และมุ่งเน้นไปที่การทำสิ่งเดียวกันนี้กับพืชหญ้า เนื่องจากพวกมันประสบความสำเร็จอย่างมากในการผลิตชีวมวลจำนวนมาก
“ความซับซ้อนของผนังเซลล์พืชหญ้าทำให้เราสงสัยว่าเอนไซม์ของเราจะปรับปรุงการเอาน้ำตาลกลับคืนได้หรือไม่” Liu กล่าว “เราต้องการทราบว่า MOMT สามารถปรับเปลี่ยนผนังเซลล์หญ้าในลักษณะที่จะให้เข้าถึงชีวมวลได้หรือไม่”
น้ำตาลมากขึ้น 30 เปอร์เซ็นต์
นักวิจัยพบว่า เมื่อเปรียบเทียบกับพืชที่ไม่มีการดัดแปลง พวกเขาสามารถสกัดน้ำตาลได้มากขึ้นถึง 30 เปอร์เซ็นต์จากพืชที่แสดงออก (express) MOMT เนื่องจากพืชเหล่านี้มีลิกนินในผนังเซลล์น้อยกว่า
“นี่ค่อนข้างแตกต่างไปจากสิ่งที่เราเห็นเมื่อเราแสดงออกเอนไซม์ชนิดเดียวกันในต้นป็อปลาร์” Liu กล่าว “ผลกระทบในวงกว้างของการแสดงออกเอนไซม์ทำให้เราประหลาดใจจริงๆ”
ขณะนี้นักวิจัยหวังว่าจะทราบได้ว่าเอนไซม์ MOMT ของพวกเขาสามารถเพิ่มผลผลิตน้ำตาลจากพืชหญ้าชนิดต่างๆ เช่น ข้าวฟ่าง และไม้ไผ่ ได้หรือไม่ งานนี้ให้ความกระจ่างว่านักวิทยาศาสตร์สามารถปลดปล่อยน้ำตาลที่มีอยู่ในผนังเซลล์ได้ดีที่สุดได้อย่างไร ด้วยวิธีนี้จึงช่วยลดของเสียบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับพืชชีวมวลที่ไม่มีการดัดแปลงและส่งผลให้เกิดการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพดีขึ้น
การศึกษานี้ถูกตีพิมพ์ใน วารสาร Plant Biotechnology Journal
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
