Почвенные микроорганизмы способны производить особое органическое соединение, обладающее уникальной структурой, которое может послужить перспективным топливом для будущего.
Нефть, газ и уголь, известные как ископаемое топливо, обеспечивают движение автомобилей, полеты самолетов и плавание судов. Тем не менее, процессы добычи, переработки и использования этого ресурса оказывают значительное негативное воздействие на экологию. Для уменьшения этого вреда одним из подходов является повышение эффективности топлива, то есть получение большего количества энергии при сжигании того же его объема. Решением этой задачи могут стать обычные почвенные бактерии, а также ферменты, необходимые для их производства. Подробности об этом представлены в статье, опубликованной в журнале Joule.
«В химии соединения, образование которых требует затраты энергии, при разложении высвобождают энергию», — говорит Пабло Круз–Моралес (Pablo Cruz-Morales) является одним из соавторов новой научной работы. Это привлекло внимание биологов к необычным молекулам, производимым некоторыми бактериями. Изучаемые органические соединения характеризуются наличием дополнительной структуры, состоящей из нескольких треугольных циклов циклопропана – полициклопропанированных жирных кислот. В отличие от циклов, содержащих пять или шесть атомов углерода (например, в бензоле), эти трехчленные циклы обладают высоким напряжением и сложны в синтезе. В результате они содержат значительное количество энергии.
Циклопропановые структуры треугольной формы встречаются крайне редко. Исследователи, изучив геномы бактерий, способных синтезировать такие молекулы, выявили белки, ответственные за формирование циклопропановых структур — ферменты, относящиеся к семейству поликетидсинтаз (ПКС). Стрептомицеты, производящие джосамицин, вызвали особый интерес ( jawsamycin), джосамицин получил свое название в честь известного кинотриллера «Челюсти» (Jaws) из-за наличия нескольких треугольных циклов, визуально схожих с акульими зубами, объединенными в структуру, напоминающую челюсть.
Модификация белка ПКС позволила авторам значительно увеличить его эффективность – производительность возросла более чем в 20 раз. Это преобразовало микроорганизмы в «живые фабрики» для производства джосамицина. По мнению исследователей, полученное топливо может быть в разы эффективнее существующих: его энергетическая плотность достигает 50 мегаджоулей на литр, что превышает показатели любого современного топлива, включая ракетное. В настоящее время ученые работают над масштабированием процесса, стремясь организовать хотя бы экспериментальное производство.