Işıkla Mutlu Maya Biyoyakıt Yaklaşımımızı Değiştirebilir

Işık Hayattır

İnsan medeniyetindeki enerjinin neredeyse tamamı nihai olarak güneşten elde edilir. Gıda, biyokütle ve odun, güneş ışığı sayesinde büyür. Kömür, gaz ve petrol ise milyonlarca yıl önce ölen bitkilerden oluşur. Rüzgarlar bile atmosferi ısıtan güneşin sonucudur. Ve tabii ki, bugün güneş panellerimiz var. Güneşin gücünden yararlanan canlı organizmaların enerji ihtiyacımızın ne kadarını karşıladığını düşündüğümüzde, biyoyakıt kavramı mantıklı görünür.

Sorun, mısır ve şeker kamışı gibi mahsulleri ya da tarımsal atıkları kullanan birinci ve ikinci nesil biyoyakıtların, bu mahsulleri yetiştirmek için kullanılan fosil yakıtlar ve gübre miktarı nedeniyle enerji veriminin oldukça düşük olma eğiliminde olmasıdır.

Kaynak: Unsplash

Üçüncü nesil biyoyakıtlar, bunun yerine algleri kullanmayı hedefliyor; bu konuyu makalemizde daha ayrıntılı olarak ele aldık: “Algal Biofuel: The Next Energy Revolution?”.

Peki, herhangi bir organizmayı fotosentez yapabilir hale getirebilseydik? Şimdiye kadar bir hayal olarak görülen bu, Georgia Tech’teki araştırmacılar tarafından kısmen gerçekleştirildi.

Işıkla Güçlendirilmiş Maya

Maya, belki de dünyadaki en iyi anlaşılan mikroorganizmadır. İnsanlar, medeniyetin ilk zamanlarından beri mayanın biyokimyasal yeteneklerini ekmek, alkol ve fermente süt ürünleri üretmek için kullandılar.

Mayalar, biyoloji laboratuvarlarında en yaygın organizma “modellerinden” biridir. Ayrıca birçok ilaç ve faydalı biyomolekül için önemli biyofabrikalar olarak hizmet verir.

Yine de mayalar hayatta kalabilmek için şeker ya da diğer bileşiklerle beslenmek zorundadır. En azından bu, Anthony Burnetti, William Ratcliff’in laboratuvarında çalışan bir araştırma bilimcisi, mayanın ışık enerjisini toplamasını sağlayana kadar doğruydu.

“Tek yapmamız gereken tek bir geni taşımaktı ve ışıkta karanlığa göre %2 daha hızlı büyüdüler. Herhangi bir ince ayar ya da özenli yönlendirme olmadan, sadece işe yaradı.”

Tamamen Yeni Bir Maya Türü

Ekip, yeni ve beklenmedik potansiyele sahip yaygın bir organizma olan mayayı değiştirme konusunda deneyimlidir. En dikkat çekeni, daha önce tek hücreli mayayı “Multicellularity Long-Term Evolution Experiment” adlı deneyde karmaşık çok hücreli bir organizmaya dönüştürmüşlerdir.

Kaynak: Georgia Tech

Bu çok hücreli maya organizmalarının büyümesindeki bir sınırlama, iç “doku”larda oksijene erişimiydi. Bu yüzden mayayı fotosentetik bir organizma haline getirmeye karar verdiler.

Bunu yapmak için mayalara bir protein, rodopsin eklediler. Bu protein, üstün bitkilerin karmaşık proteinleri ve biyomolekülleri (klorofil gibi) olmadan da bir miktar fotosentez yapabildiği bilinir.

Sadece rodopsin proteini kodlayan bir gen ekleyerek, maya ışığı yakalayabilir ve daha hızlı büyüyebilir hale geldi. Artış mütevazıydı, sadece %2’lik bir büyüme oranı, ancak bu basit değişiklik nedeniyle anlamlıydı. Ve bu artan büyüme henüz optimize edilmedi.

Sentetik Biyoloji ile Biyoyakıt

Şimdiye kadar biyoyakıt araştırmaları, zaten fotosentetik olan bitkileri (mısır, şeker kamışı veya alg) değiştirmeye ve süreci ekonomik açıdan mantıklı olacak kadar verimli hâle getirmeye çalıştı.

Ancak bu, üstün bitkiler ve mısır gibi mahsullerdeki biyomalzemelerin kolay bulunamaması ve bunları etanole dönüştürmenin büyük enerji kayıpları anlamına gelmesi nedeniyle çeşitli engellerle karşılaştı. Öte yandan, algler daha umut verici, ancak onları kontaminasyonsuz yetiştirmek basit bir görev değildir.

Aksine, maya yetiştirmek, büyük ölçekli endüstriyel süreçlerde rutin olarak uygulanan iyi anlaşılmış bir süreçtir. Mayayı alglere bir alternatif hâle getirmek, biyoyakıt sentezinin yeni yöntemlerine kapı açabilir. Algleri yetiştirmek için karmaşık süreçlere güvenmek yerine, mayayı ya da bakterileri sadece güneş ışığından büyüyebilecek şekilde mühendislik yapabilir ve bu organizmaların endüstriyel ölçekte çok daha kolay yetiştirilebilmesinden faydalanabiliriz.

Biyomühendislik Yakıt Stokları

Genel olarak, bu hâlâ biyoyakıt araştırması ve biyomühendisliğinin çok genç ve gelecek vaat eden bir bölümü. Bu yüzden, bunu gerçeğe dönüştürmeyi deneyecek şirketlerin sentetik biyoloji ve/veya biyoyakıt üretiminde yüksek düzeyde uzmanlığa sahip olmaları gerekir.

Aşağıdaki liste, Georgia Tech araştırmacılarının keşfinde potansiyel görebilecek şirketlere dair sadece bir öneridir.

1. Reliance Industry

Reliance Industry büyük bir Hint topluluğu, ülkedeki en büyük özel şirket, telekom, tekstil ve enerji alanlarında faaliyet gösteriyor. 2022’de, geliri 100 milyar dolar aşan ilk Hint şirketi oldu.

Reliance 2022’de algal biyoyakıt pazarına girişini duyurdu, “dünyadaki en büyük alg yetiştirme sistemlerinden birine” sahip olduğunu iddia ediyor. Şimdiye kadar enerji portföyü çoğunlukla rafineri ve petrokimya tesislerinden oluşuyordu. Bu alg projesiyle, Hindistan’daki bol güneşi (ve aynı zamanda ekilmemiş çölleri) kullanarak üretime başlayabilecek ve ülkenin yabancı fosil yakıt ithalatına aşırı bağımlılığını azaltabilecek.

Şirket ayrıca tarımsal atıklardan biyogaz üretiminde de aktiftir, bu da onu Hindistan’ın en büyük bioenerji üreticisi yapmaktadır.

2. Ginkgo Bioworks

Şirket, belirli uygulamalar için talep üzerine organizmalar üretiyor. Bu, biyomedikal uygulamaları içerirken aynı zamanda birçok endüstriyel ve malzeme bilimi programını da kapsar.

Gingko, Reliance gibi büyük sanayi topluluklarının biyoyakıt üretimine adanmış özel bir maya mühendisliği için başvurabileceği tam da bu tür bir şirkettir.

Gingko Bioworks, birçok araştırma programı ve ortaklıkla uygulamalarını geniş bir şekilde çeşitlendirmiştir:

• Kannabinoidler
• mRNA aşı üretimi ve nükleik asit ilaçları
• Gıda proteinleri
• Bayer ile ortaklıkta biyolojik gübre üretimi 
• Bağırsak hastalıkları için programlanabilir mikroplar
• Mikroplastik biyoremediasyonu
• Biyogüvenlik ve patojen tespiti
• Atık ve kirleticilerin geri dönüştürülmesi

İlk olarak geliştirme süreci için ön ödeme alır ve ardından bitmiş ürün üzerinden telif hakkı alarak para kazanır.

2023, Gingko için onlarca ortaklıkla verimli bir yıl oldu, şunlar dahil:

• $331M Pfizer ile anlaşmalar.
• $490M Merck ile biyolojik ilaç üretimini optimize etmek için anlaşma.
• $406M Boehringer Ingelheim ile ilaçlanamayan hedefler için anlaşma.
• Biogen ve Novo Nordisk ile açıklanmayan tutarlar için iş birliği.

Kaynak: Gingko Bioworks

Ginkgo Bioworks (DNA ) ayrıca tüm büyük tarım şirketleriyle ortaklık kurar; bunların çoğu biyoyakıt üretimi ve mikrobiyolojiyle ilgili bazı ilgi alanlarına sahiptir. Bunlardan bazıları Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta ve daha fazlasıdır.