Jagung Primed untuk Membuat Biofuel

Dalam usaha untuk membantu meningkatkan bekalan biofuel negara, penyelidik telah mencipta tiga jenis jagung yang diubah suai secara genetik untuk mengeluarkan enzim yang memecahkan selulosa tumbuhan kepada gula yang boleh ditapai menjadi etanol. Memasukkan enzim sedemikian terus ke dalam tumbuhan boleh mengurangkan kos menukar selulosa kepada biofuel.



lembah silikon di kanada

Pucuk dan daun: Untuk memudahkan pemecahan selulosa kepada gula yang boleh ditapai untuk membuat etanol, Mariam Sticklen dari Michigan State University mengubah suai jagung secara genetik dengan gen yang menghasilkan enzim merendahkan selulosa dalam batang dan daun tumbuhan. Enzim diaktifkan hanya selepas jagung dituai, apabila tumbuhan dikisar.

Tahun lepas, peraturan persekutuan baharu menggesa pengeluaran bahan api boleh diperbaharui meningkat kepada 36 bilion gelen setiap tahun–hampir lima kali paras semasa–menjelang 2022. Hari ini, hampir semua etanol bahan api di Amerika Syarikat dihasilkan daripada biji jagung. Untuk memenuhi peningkatan yang diperlukan, penyelidik beralih kepada sumber lain, seperti selulosa, karbohidrat kompleks yang terdapat dalam semua tumbuhan. Daun dan batang jagung, rumput padang rumput, dan serpihan kayu adalah calon utama untuk bekalan selulosa. Etanol selulosa mempunyai banyak kelebihan berbanding yang dihasilkan daripada biji jagung. Selulosa bukan sahaja sangat banyak dan murah; kajian juga mencadangkan bahawa pengeluaran dan penggunaan etanol daripada selulosa boleh menghasilkan lebih sedikit gas rumah hijau.





Walau bagaimanapun, halangan terbesar untuk menjadikan etanol selulosa boleh dilaksanakan secara komersial ialah pecahan selulosa. Enzim yang merendahkan selulosa, dipanggil selulase, biasanya dihasilkan oleh mikrob yang ditanam di dalam bioreaktor besar, proses yang mahal dan intensif tenaga. Untuk menjadikan etanol selulosa benar-benar berdaya saing, kita benar-benar perlu mengurangkan kos tersebut, kata Michael J. Blaylock, naib presiden pembangunan sistem di Edenspace, firma bioteknologi tanaman yang berpangkalan di Manhattan, KS.

Mariam Sticklen, profesor sains tanaman dan tanah di Michigan State University, di East Lansing, menganggap bahawa dia boleh menghapuskan kos pembuatan enzim dengan kejuruteraan kilang jagung untuk menghasilkan enzim itu sendiri. Daripada bergantung pada proses intensif tenaga untuk menghasilkannya dalam bioreaktor, tumbuhan menggunakan tenaga bebas matahari untuk menghasilkan enzim, katanya.

Biasanya, pecahan selulosa memerlukan tiga selulase yang berbeza. Tahun lepas, Sticklen melaporkan mengubah suai jagung dengan gen untuk selulase yang memotong rantai selulosa panjang menjadi kepingan yang lebih kecil. Gen itu berasal daripada mikrob yang hidup di mata air panas. Sebulan kemudian, Sticklen memasukkan gen yang berasal dari kulat tanah ke dalam genom jagung. Kod gen itu untuk enzim yang memecahkan kepingan selulosa yang lebih kecil kepada pasangan molekul glukosa. Dalam usaha terbaru ini, Sticklen telah mengubah suai jagung untuk menghasilkan enzim yang membahagikan pasangan glukosa kepada molekul gula individu; enzim secara semula jadi dihasilkan oleh mikrob yang hidup di dalam perut lembu. Hasil akhir: tiga strain jagung, setiap satunya menghasilkan enzim penting untuk pecahan lengkap selulosa.



Untuk mengelakkan kemungkinan memindahkan gen kepada tanaman lain atau tumbuhan liar, enzim hanya dihasilkan dalam daun dan batang tumbuhan, bukan dalam benih, akar, atau debunganya, kata Sticklen. Lebih-lebih lagi, untuk mengelakkan jagung daripada mencerna dirinya sendiri, dia merekayasa tumbuh-tumbuhan supaya enzim terkumpul hanya dalam ruang penyimpanan khas di dalam sel, dipanggil vakuol. Selulase dilepaskan hanya selepas tumbuhan dituai, semasa pemprosesan. Sticklen menyifatkan tanamannya yang diubah suai minggu lalu pada mesyuarat kebangsaan American Chemical Society di New Orleans.

Walaupun mungkin untuk menggabungkan ketiga-tiga gen dalam satu tumbuhan, kata Sticklen, menggunakan tiga jenis jagung yang berbeza, masing-masing membawa gen yang berbeza, akan membolehkannya mengawal penukaran selulosa kepada gula. Kajian awal menunjukkan bahawa enzim adalah sama cekapnya dengan enzim yang tersedia secara komersial apabila digabungkan pada nisbah 1:4:1, katanya. Keputusan menunjukkan bahawa mencampurkan tiga tumbuhan berbeza menggunakan nisbah yang sama akan memberikan hasil yang terbaik.

Saya fikir strategi membahagikan enzim dalam vakuol adalah hebat, kata Susan Leschine, ahli mikrobiologi di Universiti Massachusetts Amherst. Persoalan yang saya ada ialah, adakah enzim berfungsi dalam keadaan yang realistik? Sebagai contoh, spesies mikrob yang berbeza merembeskan selulase mereka sendiri yang berfungsi secara sinergistik untuk menghilangkan gentian selulosa. Tidak jelas, kata Leschine, sejauh mana enzim yang diambil daripada mikrob yang hidup dalam mata air panas akan berfungsi dengan enzim yang diambil daripada kulat tanah. Enzim yang berbeza ini mungkin tidak aktif di bawah keadaan yang sama, katanya.

Edenspace, yang sedang membangunkan teknologi Sticklen, menjangka untuk memulakan ujian lapangan jagung diubah suai secara genetiknya dalam tahun ini, dengan matlamat untuk mengkomersialkan teknologi itu dalam tempoh tiga tahun akan datang, kata Blaylock. Syarikat itu tidak bersendirian dalam melaksanakan strategi ini: Agrivida, sebuah syarikat bioteknologi pertanian yang berpangkalan di Medford, MA, juga mengubah suai jagung secara genetik untuk memudahkan pengeluaran etanol selulosa.



Ini benar-benar jalan yang berbaloi untuk diikuti, kata Michael Ladisch, profesor kejuruteraan pertanian dan biologi di Universiti Purdue, di West Lafayette, IN. Walau bagaimanapun, pada penghujung hari, ia lebih rumit daripada yang kelihatan. Halangan utama ialah mencari cara untuk memastikan enzim akan bertahan dalam prarawatan kimia dan fizikal yang diperlukan untuk mengeluarkan lignin–polimer yang kuat dalam dinding sel yang memberikan kekuatan kepada tumbuhan–dari gentian selulosa, kata Ladisch, yang kini sedang bercuti dari Purdue untuk berkhidmat sebagai ketua pegawai teknikal di Mascoma, sebuah syarikat biofuel yang berpangkalan di Brighton, MA.

Satu penyelesaian adalah untuk merekayasa tumbuhan supaya ia hanya memerlukan prarawatan ringan. Sebagai contoh, Sticklen sedang berusaha untuk mengurangkan jumlah lignin yang terkandung dalam jagung, serta mengubah suai konfigurasi molekul lignin, yang akan menjadikannya lebih mudah untuk dipecahkan. Walaupun kerjanya kini tertumpu pada mengubah suai jagung, Sticklen mengatakan bahawa teknologi itu akhirnya boleh dipindahkan ke tanaman lain juga, seperti switchgrass.

bersembunyi

Teknologi Sebenar

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Dasar Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Lembah Silikon

Pengkomputeran

Majalah Mit News

Kecerdasan Buatan

Angkasa Lepas

Angkasa

Bandar Pintar

Rantaian Sekat

Cerita Ciri

Profil Alumni

Sambungan Alumni

Ciri Mit News

1865

Pandangan Saya

77 Mass Ave

Bertemu Penulis

Profil Dalam Kemurahan Hati

Kelihatan Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pilihanraya 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Majalah Berita Mit

Hos Pemadam Api

Cerita Yang Tidak Terhingga

Projek Teknologi Pandemik

Daripada Presiden

Muka Depan Cerita

Galeri Gambar

Disyorkan