Το Φωτεινό Χαρούμενο Μυκήθι Μπορεί να Αλλάξει την Προσέγγισή μας στα Βιοκαύσιμα

Το Φως Είναι Ζωή

Σχεδόν όλη η ενέργεια στον ανθρώπινο πολιτισμό προέρχεται τελικά από τον ήλιο. Τρόφιμα, βιομάζα και ξυλεία αναπτύσσονται χάρη στο ηλιακό φως. Και ο άνθρακας, το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο αποτελούν απολιθωμένα φυτά από εκατομμύρια χρόνια πριν. Ακόμη και οι άνεμοι είναι αποτέλεσμα της θέρμανσης της ατμόσφαιρας από τον ήλιο. Και, φυσικά, σήμερα διαθέτουμε ηλιακούς πίνακες. Λαμβάνοντας υπόψη πόσο από τις ενεργειακές μας ανάγκες καλύπτονται από ζωντανά όργανα που εκμεταλλεύονται τη δύναμη του ήλιου, η έννοια των βιοκαυσίμων έχει νόημα.

Το πρόβλημα είναι ότι τα βιοκαύσιμα πρώτης και δεύτερης γενιάς, που χρησιμοποιούν καλλιέργειες όπως το καλαμπόκι και η ζαχαροκάλαμη ή υπολείμματα γεωργίας, τείνουν να έχουν σχετικά χαμηλή ενεργειακή απόδοση λόγω της μεγάλης ποσότητας ορυκτών καυσίμων και λιπασμάτων που χρησιμοποιούνται για την καλλιέργειά τους.

Πηγή: Unsplash

Τα βιοκαύσιμα τρίτης γενιάς προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν άλγη αντί αυτού, κάτι που συζητήσαμε με περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο μας “Αλγικό Βιοκαύσιμο: Η Επόμενη Επανάσταση Ενέργειας;”.

Αλλά τι θα γινόταν αν μπορούσαμε να κάνουμε οποιοδήποτε οργανισμό ικανό να εκτελεί φωτοσύνθεση; Αυτό που μέχρι τώρα ήταν ένα φανταστικό όνειρο, έχει επιτευχθεί εν μέρει από ερευνητές του Georgia Tech.

Μυκήθι με Φωτεινή Ενέργεια

Το μυκήθι είναι ίσως ο πιο καλά κατανοητός μικροοργανισμός στον κόσμο. Οι άνθρωποι έχουν αξιοποιήσει τις βιοχημικές δυνατότητες του μυκητιού για την παραγωγή ψωμιού, αλκοόλ και ζυμωμένων γαλακτοκομικών προϊόντων από την αρχή του πολιτισμού.

Τα μυκήτα είναι επίσης ένα από τα πιο κοινά «μοντέλα» οργανισμών στα βιολογικά εργαστήρια. Και σημαντικές βιοεργοστάσια για πολλά φάρμακα και χρήσιμα βιομόρια.

Παρόλα αυτά, τα μυκήτα χρειάζονται ζάχαρη ή άλλα συστατικά για να παραμείνουν ζωντανά. Τουλάχιστον, αυτό ήταν αλήθεια μέχρι ο Anthony Burnetti, ερευνητής που εργάζεται στο εργαστήριο του αναπληρωματικού καθηγητή William Ratcliff, κατάφερε να κάνει το μυκήθι ικανό να συλλέγει την ενέργεια του φωτός.

“Το μόνο που έπρεπε να κάνουμε ήταν να μετακινήσουμε ένα μόνο γονίδιο, και μεγάλωσαν 2% πιο γρήγορα στο φως παρά στο σκοτάδι. Χωρίς καμία λεπτομερή ρύθμιση ή προσεκτική ενθάρρυνση, απλώς λειτούργησε.”

Πλήρως Νέος Τύπος Μυκήτων

Η ομάδα έχει εμπειρία στην τροποποίηση του μυκητιού, ενός κοινότυπου και πανταχού παρόντος οργανισμού με νέες και απροσδόκητες δυνατότητες. Το πιο αξιοσημείωτο είναι ότι κατάφεραν προηγουμένως να μετατρέψουν το μονοκύτταρο μυκήθι σε έναν πολύπλοκο πολυκύτταρο οργανισμό στο πλαίσιο του «Πείραμα Μακροπρόθεσμης Εξέλιξης Πολυκυτταρικότητας».

Πηγή: Georgia Tech

Ένα όριο στην ανάπτυξη αυτών των πολυκυτταρικών μυκητών ήταν η πρόσβαση σε οξυγόνο στα εσωτερικά «υφάσματα». Γι’ αυτό συνέχισαν να μετατρέψουν το μυκήθι σε φωτοσυνθετικό οργανισμό.

Για να το πετύχουν, πρόσθεσαν μια πρωτεΐνη, τη ροδοπσίνη, στα μυκήτα. Αυτή η πρωτεΐδα είναι γνωστή ότι μπορεί να εκτελεί κάποια φωτοσύνθεση χωρίς τις σύνθετες πρωτεΐνες και βιομόρια των ανώτερων φυτών (όπως η χλωροφύλλη).

Απλώς προσθέτοντας ένα γονίδιο που κωδικοποιεί τη ροδοπσίνη, το μυκήθι μπορούσε να απορροφά το φως και να μεγαλώνει πιο γρήγορα. Η αύξηση ήταν μέτρια, μόλις +2% στο ρυθμό ανάπτυξης, αλλά σημαντική λόγω της απλής αλλαγής. Και αυτή η αυξημένη ανάπτυξη δεν έχει ακόμη βελτιστοποιηθεί.

Βιοκαύσιμο με Συνθετική Βιολογία

Μέχρι στιγμής, η έρευνα για τα βιοκαύσιμα προσπαθεί να τροποποιήσει ήδη φωτοσυνθετικά φυτά (καλαμπόκι, ζαχαροκάλαμη ή άλγη) και να κάνει τη διαδικασία αρκετά αποδοτική ώστε να έχει οικονομικό νόημα.

Ωστόσο, αυτό αντιμετωπίζει πολλά εμπόδια, καθώς τα βιοϋλικά στα ανώτερα φυτά και τις καλλιέργειες όπως το καλαμπόκι δεν είναι άμεσα διαθέσιμα, και η μετατροπή τους σε αιθανόλη συνεπάγεται μεγάλες απώλειες ενέργειας.  Παράλληλα, οι άλγες είναι πιο υποσχόμενες, αλλά η καλλιέργειά τους χωρίς μόλυνση είναι μακριά από μια απλή εργασία.

Αντίθετα, η καλλιέργεια του μυκητιού είναι μια καλά κατανοητή διαδικασία που εκτελείται τακτικά σε τεράστιες βιομηχανικές κλίμακες. Η μετατροπή του μυκητιού σε υποκατάστατο των άλγων θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για νέες μεθόδους σύνθεσης βιοκαυσίμων. Αντί να βασιζόμαστε σε σύνθετες διαδικασίες για την καλλιέργεια άλγων, θα μπορούσαμε να σχεδιάσουμε μυκήτα ή βακτήρια ώστε να αναπτύσσονται μόνο από το ηλιακό φως και να επωφεληθούμε από το γεγονός ότι αυτοί οι οργανισμοί είναι πολύ πιο εύκολοι στην κτηνοτροφία σε βιομηχανική κλίμακα.

Βιομηχανικά Καυσίμια με Μηχανική Γενετική

Γενικά, αυτό αποτελεί ακόμη ένα πολύ νέο και υποσχόμενο τμήμα της έρευνας βιοκαυσίμων και βιομηχανικής. Συνεπώς, οι εταιρείες που είναι πιο πιθανό να προσπαθήσουν να το υλοποιήσουν θα χρειαστούν υψηλό επίπεδο εξειδίκευσης στη συνθετική βιολογία και/ή στην παραγωγή βιοκαυσίμων.

Η παρακάτω λίστα είναι απλώς μια πρόταση για το ποιες εταιρείες θα μπορούσαν να δουν δυνατότητα στην ανακάλυψη των ερευνητών του Georgia Tech.

1.  Reliance Industry

Reliance Industry είναι ένα τεράστιο ινδικό συγκρότημα, η μεγαλύτερη ιδιωτική εταιρεία στη χώρα, ενεργή σε τηλεπικοινωνίες, κλωστοϋφαντουργία και ενέργεια. Το 2022, ήταν η πρώτη ινδική εταιρεία που έφτασε στα $100 δισεκατομμύρια σε έσοδα.

Η Reliance ανακοίνωσε το 2022 την είσοδό της στην αγορά αλγικών βιοκαυσίμων, υποστηρίζοντας ότι διαθέτει «ένα από τα μεγαλύτερα συστήματα καλλιέργειας άλγης στον κόσμο». Μέχρι τώρα, το ενεργειακό της χαρτοφυλάκιο ήταν κυρίως διυλιστήρια και πετροχημικά εργοστάσια. Με αυτό το αλγικό έργο, θα μπορούσε να ξεκινήσει την παραγωγή και να αξιοποιήσει τον άφθονο ήλιο στην Ινδία (καθώς και τις ακαλλιέργητες ερήμους) για να μειώσει την εξαιρετική εξάρτηση της χώρας από εισαγωγές ξένων ορυκτών καυσίμων.

The company is also active in the production of βιοαέριο από γεωργικά απόβλητα, making it ο μεγαλύτερος παραγωγός βιοενέργειας της Ινδίας.

2. Ginkgo Bioworks

Η εταιρεία παράγει οργανισμούς κατόπιν ζήτησης για συγκεκριμένες εφαρμογές. Αυτό περιλαμβάνει βιοϊατρικές εφαρμογές, αλλά και πολλές βιομηχανικές και επιστημονικές προγράμματα υλικών.

Η Ginkgo είναι ακριβώς ο τύπος εταιρείας στον οποίο μεγάλα βιομηχανικά συγκροτήματα όπως η Reliance θα μπορούσαν να στραφούν για την κατασκευή ενός προσαρμοσμένου μυκητιού αφιερωμένου στην παραγωγή βιοκαυσίμων.

Έχει διαφοροποιήσει ευρέως τις εφαρμογές της με πολλά ερευνητικά προγράμματα και συνεργασίες:

• Κανναβινοειδή
• Παραγωγή εμβολίων mRNA και φαρμάκων νουκλεϊκού οξέος
• Πρωτεΐνες τροφίμων
• Παραγωγή βιολογικών λιπασμάτων σε συνεργασία με τη Bayer
• Προγραμματιζόμενα μικρόβια για παθήσεις του εντέρου
• Βιοαποκατάσταση μικροπλαστικών
• Βιοασφάλεια και ανίχνευση παθογόνων
• Ανακύκλωση αποβλήτων και μολυσματικών ουσιών

Κερδίζει χρήματα λαμβάνοντας πρώτα προπληρωμή για τη διαδικασία ανάπτυξης και στη συνέχεια μέσω δικαιωμάτων χρήσης στο τελικό προϊόν.

Το 2023 ήταν μια άφθονη χρονιά για τη Ginkgo, με δεκάδες συνεργασίες, συμπεριλαμβανομένων:

• $331 εκ. συμφωνίες με την Pfizer.
• $490 εκ. συμφωνία με τη Merck για βελτιστοποίηση της παραγωγής βιολογικών φαρμάκων.
• $406 εκ. συμφωνία με τη Boehringer Ingelheim για μη-φάρμακα-στόχους.
• Συνεργασία με τις Biogen και Novo Nordisk για ακαθόριστα ποσά.

Πηγή: Gingko Bioworks

Η Ginkgo Bioworks (DNA ) συνεργάζεται επίσης με όλες τις μεγάλες γεωργικές εταιρείες, οι περισσότερες των οποίων έχουν κάποιο ενδιαφέρον στην παραγωγή βιοκαυσίμων και τη μικροβιολογία.  Μερικές από αυτές περιλαμβάνουν τη Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta, και άλλες.