Se descubrió un método más ecológico y sostenible para producir el producto químico útil 1,2,4-butanetriol. El equipo de la Universidad de Kobe fue el primero en el mundo en utilizar un método que involucra la fermentación directa de xilosa en la paja de arroz usandouna cepa de levadura diseñada para producir 1,2,4-butanetriol. En el curso de esta investigación, el equipo superó con éxito dos cuellos de botella para maximizar la producción.
La investigación fue realizada por el investigador académico Takahiro Bamba y el profesor Akihiko Kondo de la Escuela de Graduados de Ciencia, Tecnología e Innovación y el profesor Tomohisa Hasunuma del Centro de Investigación de Ingeniería Biológica.
usos de 1,2,4-butanetriol y métodos de producción actuales :
El producto químico 1,2,4-butanetriol tiene una amplia variedad de usos prácticos en diferentes campos. Por ejemplo, se puede utilizar en la producción de solventes y para sintetizar diversos productos farmacéuticos, como antivirales y colesterol.bajar drogas, entre otros.
Los métodos actuales de producción de 1,2,4-butanetriol utilizan materias primas derivadas del petróleo y dan como resultado subproductos que son perjudiciales para el medio ambiente. La forma más común de producir el químico es mediante el uso de borohidruro de sodio NaBH4 para reducir químicamente el málicoácido a 1,2,4-butanetriol. Sin embargo, el proceso genera una gran cantidad de sales de borato. La eliminación de estas sales causa contaminación. El cromito y el rubidio también se pueden usar como catalizadores para la producción de 1,2,4-butanetriol, sin embargo, estos métodosrequieren alta temperatura y alta presión, y también dan como resultado subproductos tóxicos.
Derivar la xilosa el segundo azúcar natural más abundante de la biomasa lignocelulósica materia vegetal seca y usarla para producir productos químicos ofrece múltiples ventajas, ya que es un recurso renovable que causa mucha menos contaminación ambiental. Proporciona una alternativa sostenible al petróleo.producción basada.
Metodología :
los microbios producen 1,2,4-butanetriol a través de un proceso de reacción de 5 etapas dentro de las células.
Sin embargo, en los pasos 1, 3 y 4 de la reacción, no había enzimas para proporcionar un catalizador en la levadura. En este estudio, se usó hidrolizado de paja de arroz para producir xilosa. La levadura utilizada se modificó genéticamente con las enzimas requeridas enPara producir con éxito un rendimiento eficiente de 1,2,4-butanetriol.
En la primera prueba exitosa, solo se produjeron 0.02g / L de 1,2,4-butanetriol. Al examinar estos resultados, se hizo evidente que no había suficientes actividades catalíticas para la Etapa 3 y la Etapa 4 dentro de las células de levadura.significaba que la reacción se ralentizó en las etapas 3 y 4. Estas reacciones se consideraron cuellos de botella.
Con la presencia de grupos de azufre de hierro dentro de la estructura del catalizador de xilonato deshidratasa en la etapa 3, se hizo evidente que era difícil para la levadura mantener una reacción con la proteína de azufre de hierro en las células. Esto se debió a una insuficiencia decantidad de grupos de azufre de hierro dentro de las células de levadura.
El hierro Fe es esencial para que las células de levadura produzcan 1,2,4-butanetriol, sin embargo, demasiado hierro daña las células. La ingeniería metabólica que optimiza los procesos reguladores y genéticos dentro de las células para aumentar la producción de una sustancia en particular fueutilizado para modificar genéticamente la levadura con el fin de aumentar su metabolismo de hierro. Esto mejoró la reactividad de la levadura con la xilonato deshidratasa y aseguró que se formaran enzimas Fe-S funcionales. El uso de esta cepa de levadura modificada mejoró la actividad catalítica aproximadamente 6 veces.
Además, el cuello de botella de la Etapa 4 se superó usando KdcA derivado de Lactococcus lactis, una bacteria comúnmente utilizada para la fermentación en la industria alimentaria como la descarboxilasa para proporcionar suficiente actividad catalítica.
Resultados :
Finalmente, este método logró producir 1.7 g / L de 1,2,4-butanetriol cuando se usó levadura modificada. Además, la solución de hidrolizado de paja de arroz produjo 1,1 g / L de 1,2,4-butanetriol.que se usó como medio durante el experimento de fermentación.
Esta investigación sugiere que sería posible producir otras sustancias químicas que requieren proteínas de azufre de hierro utilizando un método similar. Optimizar la vía metabólica en este estudio a través de investigaciones adicionales permitiría una mayor producción de compuestos útiles a partir de biomasa lignocelulósica. Esto podría reducir potencialmentedependencia futura de recursos petroleros finitos y métodos de producción contaminantes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Kobe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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