מחקר חדש חושף שיטה לשיפור ייצור ביו-אתנול של קני סוכר על ידי זיהוי זני מזהמים המשפיעים על יעילות התסיסה, העלולים להגדיל את ההכנסות ב-1.6 מיליארד דולר ולצמצם את פליטת ה-CO2 ב-2 מיליון טון בשנה בברזיל.
שיטה חדשה לניטור זיהום בייצור ביואתנול עשויה להגדיל את הכנסות התעשייה במעל 1.6 מיליארד דולר ולצמצם את פליטת ה-CO2 ב-2 מיליון טון.
בפעם הראשונה אי פעם, חוקרים ממרכז נובו נורדיסק לקיימות ביולוגית (DTU Biosustain) חקרו את אוכלוסיית המזהמים מתהליך ייצור הביואתנול של קני סוכר ברזולוציה ברמת הזנים. מחקר חלוצי זה חושף כיצד דינמיקת הזנים מעורבת ישירות בביצועי התהליך, תוך שימת דגש על הצורך בטכניקות משופרות של בקרה מיקרוביאלית כדי לשפר את היעילות התעשייתית. תוצאות המחקר פורסמו לאחרונה ב תקשורת טבע.
תפוקת תהליך משופרת ויתרונות סביבתיים
ביואתנול, מקור אנרגיה מתחדש עיקרי, מופק מהתסיסה של סוכרים על ידי שמרים, בעיקר Saccharomyces cerevisiae. עם זאת, חיידקים מזהמים הנמצאים בחומר הגלם יכולים להשפיע באופן משמעותי על יעילות התסיסה. עד כה, חיידקים מזהמים אלו אופיינו בשיטות שלא קלטו במלואן את מגוון או השפעתם.
"המחקר שלנו מספק ניתוח מקיף של אוכלוסיות חיידקים בכל שלבי תהליך הביואתנול התעשייתי בשני בתי זיקוק ביולוגיים גדולים בברזיל. על ידי שימוש בשילוב של מטאנומיקה של רובה ציד ושיטות מבוססות טיפוח, זיהינו גורמים אקולוגיים המשפיעים על הדינמיקה הקהילתית ויעילות ההמרה הביולוגית", אומר פוסט-דוקטור פליפה לינו מ-DTU Biosustain. הוא מוסיף: "המחקר מדגים שזני חיידקים ספציפיים, המושפעים מהטמפרטורה, יכולים לעכב או לשפר את תפוקת האתנול. את השיפור הזה אפשר היה להשיג רק עם הטכניקות המתקדמות שהשתמשנו".
הממצאים עשויים להביא לעלייה של יותר מ-5% בתשואת התהליך, שיתורגם לכ-1.6 מיליארד דולר בהכנסות מוגדלות והפחתה בפליטת CO2 בכ-2 מיליון טון בשנה, בהתחשב בברזיל בלבד.
רזולוציה ברמת מתח: חשיפת דינמיקה חיידקית נסתרת
החוקרים גילו כי יחסי הגומלין בין שונים מִין משפיע באופן משמעותי על תפוקת האתנול. בְּכָל פַּעַם לקטובצילוס עמילובורוס קיים בריכוזים גבוהים יותר, התשואות טובות במיוחד.
פרופסור מורטן זומר מ-DTU Biosustain מסביר:
"מיפינו את אוכלוסיות החיידקים ברזולוציה ברמת הזנים כדי לחשוף את ההשפעה האמיתית של חיידקים שאינם שמרים על ביצועי התסיסה. זיהינו זנים ספציפיים של L. fermentum מינים גורם לנזק רב ביותר לתהליך, בעוד שזנים אחרים הם ניטרליים ואף יש לשמור עליהם כחיץ מפני מזיקים. טמפרטורות מוגברות נקשרו לצמיחה של ספציפי L. fermentum זנים המשפיעים לרעה על כדאיות השמרים ויעילות התסיסה. זה מדגיש את החשיבות של אימוץ שיטות ברזולוציה גבוהה יותר בעתיד לניטור קהילות מיקרוביאליות".
סלילת הדרך לפתרונות מיקרוביאליים ותהליכי בקרת תהליכים חדשים
תוצאות מחקר זה עשויות להוביל לפיתוח פתרונות מיקרוביאליים ותהליכי בקרת תהליכים חדשים שיכולים לשלוט בחיידקים לא רצויים ולפתוח שיפורים משמעותיים בביצועים בייצור ביואתנול. זה יכול לתרגם לדלק ביולוגי חסכוני יותר, יעילות מוגברת והפחתה משמעותית של CO2 פליטות, תמיכה במאמצים גלובליים להפחתת פליטת גזי חממה.
השלכות מעבר לייצור ביואתנול
תוצאות המחקר רלוונטיות במיוחד לחברות דלק ביולוגי וביוטכנולוגיה תעשייתית, כמו גם לקבוצות מחקר המתמקדות בכלים ביואינפורמטיקה לניתוח מיקרוביומים ברזולוציה ברמת המתח. קטלוג הגנים החדש והניתוחים הפונקציונליים שפותחו במחקר זה מציעים משאבים יקרי ערך לגילוי אנזימים חדשים ותכונות מטבוליות עבור זנים תעשייתיים חזקים. כמו כן, ניתן ליישם את התובנות הללו על מחקרים מטגנומיים אחרים, כגון דינמיקה של מיקרוביום במעיים, מיקרוביומים הקשורים לקרקע וגידולים.
