Mikrobit saatiin tuottamaan propaania

​Turun yliopiston tutkijoiden kehittämä prosessi on julkaistu arvostetussa Nature Communications -lehdessä. Tutkimus vahvistaa ennestään Turun yliopistolla tehtävän bioenergiatutkimuksen merkittävyyttä.

Kehitetty bakteerikanta käyttää propaanin (C3H8) biosynteesiin solun luonnollisia rasvahappoaineenvaihdunnan välituotteita. Keinotekoinen reaktiotie koostuu kolmesta peräkkäisestä entsymaattisesta reaktiosta, joissa neljän hiilen mittainen rasvahappo vapautetaan, muutetaan aldehydiksi ja siitä edelleen propaaniksi. Kaasumainen propaani siirtyy spontaanisti ulos solusta ja eroaa kasvatusliuoksesta kaasufaasiin, josta se voidaan kerätä talteen.

Tutkimuksen lähtökohtana oli, että mikrobeja voidaan valjastaa erilaisten yhdisteiden tuottoon. Kaupallisia esimerkkejä tästä ovat etanolin tuotto hiivassa sekä lääkeyhdisteiden, kuten antibioottien, valmistus bakteereiden ja homeiden avulla.

– Propaania tuottavia mikrobeita ei tunneta ennestään. Erilaisia kemiallisia prosessitekniikoita uusiutuvan propaanin valmistamiseksi tutkitaan parhaillaan, mutta tällä hetkellä käytettävä propaani saadaan uusiutumattomista lähteistä, raakaöljyn jalostuksen tuotteena. Vaikka pidempiketjuisten hiilivetyjen tuottoa on jo tutkittu aikaisemmin, uusiutuvaa propaania ei tätä ennen ole pystytty mikrobien avulla valmistamaan, Turun yliopiston tutkijatohtori Pauli Kallio kertoo.

Juuri julkaistu tutkimus osoittaa, että propaanin biosynteesi mikrobien avulla on mahdollista, vaikka toistaiseksi tuottoteho onkin niin alhainen, ettei sillä ole kaupallista merkitystä.

– Suurin haaste uusiutuvien biopolttoaineiden valmistamisessa on vaadittava kapasiteetti: valmistusprosessin on oltava erittäin tehokas, se on pystyttävä toteuttamaan suuressa mittakaavassa ja lähtöaineiden on oltava halpoja, Kallio sanoo.

Kallio kertoo, että seuraavaksi  Turun yliopistolla tehtävän tutkimuksen tavoitteena on siirtää propaania tuottava systeemi fotosynteettiseen mikrobiin, syanobakteeriin.

– Tällöin propaanin biosynteesi olisi mahdollista käyttäen lähtöaineina ilman hiilidioksidia ja vettä ja energianlähteenä auringonvaloa – ainakin teoriassa, Kallio sanoo.

Propaanin kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet tekevät siitä erinomaisen polttoaineen. Propaani palaa puhtaasti ja soveltuu siten useimpiin käyttötarkoituksiin myös sisätiloissa. Ilmanpaineessa propaani on kaasu, mutta se saadaan hyvin helposti kompressoitua nestemäiseen muotoon, joka tekee sen varastoinnista ja kuljettamisesta helppoa.

–  Propaani on polttoaineena houkutteleva tutkimuskohde, koska sillä on maailmanlaajuiset markkinat ja valmis infrastruktuuri. Propaania käytetään kaasupolttimissa, kuten helloissa, grilleissä ja lämmityslaitteissa, mutta myös kylmälaitteissa ja polttomoottoreissa.

Turun yliopiston biokemian laitoksella tehtävä tutkimus on osa kansainvälistä yhteistyötä, joka tähtää uusiutuvien polttoaineiden kehittämiseen. Tavoitteena on löytää vaihtoehtoja fossiilisten polttoaineiden korvaamiseksi ja arvioida uusien mikrobiperäisten tuottosysteemien mahdollisuuksia.

Pauli Kallio, András Pásztor, Kati Thiel, M. Kalim Akhtar & Patrik R. Jones (2014) An engineered pathway for the biosynthesis of renewable propane. Nat. Commun. (In print; date of publication 2.9.2014). DOI: 10.1038/ncomms5731.

Kallio, Pásztor ja Thiel työskentelevät Turun yliopiston biokemian laitoksella. Jones työskentelee nykyään lontoolaisessa Imperial Collegessa ja Akhtar University College Londonissa Englannissa.