Ana içeriğe atla

Güneş ışığından PHA üretmek

Biyoplastics Magazine 04/14 sayısında özeti yayınlanan bilimsel çalışmada genetiği değiştirilmiş bakterilerin önemli bir biyoplastik çeşidi olan Polihidroksialkonat (PHA) üretiminde kullanım potansiyelini ortaya çıkarıyor. Bu gibi farklı çalışmalar ile karbon kaynağına gereksinim duyulmadan tamamen ototrofik yöntemlerle biyo-bazlı ekonomiye geçme yolunda önemli adımlar atılabilir. Her ne kadar daha uzun yollar katedilmesi gerekse de, bu işlerin temelinde bilimsel çalışmalar bulunuyor.

Siyanobakterilerde Fotosentez yoluyla biyoplastik üretim yolu


Geçtiğimiz son birkaç on yılda, bütün biyo-bazlı polimerler arasında, polihidroksialkonatlara (PHA) karşı olan ilgi özellikle de uygun çevrelerde tamamen biyobozunur olmaları sebebiyle önemli ölçüde arttı.PHA'ların biyobozunurlukları dışındaki bir diğer çekici özelliği ise, yenilenebilir kaynaklardan sentezlenebilip büyük ölçekte sürdürülebilir bir üretime olanak sağlamalarıdır. PHA istenmeyen büyüme koşullarında birçok mikroorganizma tarafından doğal olarak sentezlenen bir depolama türüdür. Fakat PHA'nın ticarileşmesi süreci hala devam ediyor ama yüksek üretim maliyeti sebebiyle oldukça sınırlı. PHA üretimi için heterotrof bakterileri kullanmak, kültür ve karbon kaynağı gibi gereksinimlere sebep oluyor ve bu durum da üretim maliyetini oldukça etkiliyor.

İndirgenmiş haldeki karbondioksiti kullanabilecek fotosentetik sistemle donatılmış olan siyanobakteriler, birçok endüstriyel önemli ürünün sürdürülebilir şekilde üretilebilmesi için ideal biyosentetik makinelerdir. Bu ürünlerden biri de PHA'dır. Atmosferik karbondioksitin biyopolimere evrilmesi sayesinde, siyanobakteriler dışarıdan sağlanması gereken maliyetli karbon kaynağının gereksinimini ortadan kaldırırken, karbon nötr bir biyoplastik üretim işlemi gerçekleştirirler. Bitkiler ve diğer fotosentetik mikroorganizmaları kullanarak PHA üretiminde şu anda karşılaşılan darboğaz üretimi ekonomik olarak uygulanabilir seviyede gerçekleştirebilmektir. Özellikle verimlilik ve maliyet zorluklarını çözebilmek amacıyla RIKEN Sentetik Genomik araştırma ekibi Universiti Sains Malaysia ortaklığında siyanobakterileri genetik mühendislik yoluyla değiştirmeyi denediler.

Fotosentez yapan ve heterotrof bakterilerde PHA sentez yolu

Genetiği değiştirilmiş bir siyanobakteri türü olan Synechocystis sp. strain 6803, hücre kuru ağırlığının %14'üne kadar PHA sentezlemeyi başardı. Şimdiye kadar herhangi bir karbon kaynağı sağlamadan elde edilmiş en yüksek fototrofik PHA üretim seviyesiydi. %0.4'lük seviyede asetat karbon kaynağının eklenmisiyle bu oran %41 seviyesine ulaştı. Siyanobakterilerin basit besin gereksinimleri olmasına rağmen, dışardan karbon kaynağı sağlanmasının PHA üretimini neredeyse üç kata çıkardığı görüldü. Her halukarda, sağlanan karbon kaynağı heterotrof bakterilerin aynı miktarda üretim için gereksinimlerinden çok daha az seviyedeydi. Bu değiştirilmiş türde, karbonun PHA biyosentez yolizine aktarılması Streptomyces sp. C190 türünden alınan asetoasetil coA sentaz enzimi tarafından gerçekleşti. Buna ek olarak yüksek oranda aktif olan PHA polimerleştirme enzimi PHA sentaz da Chromobacterium sp. türünden alınarak türün veriminin arttırılması için eklendi.

Geliştirilmiş fototrofik PHA üretimini daha iyi anlamak amacıyla genetiği değiştirilmiş olan tür değiştirilmemiş olan ile karşılaştırıldı. Bunun sonucunda, sürpriz bir şekilde PHA sentezinden sorumlu enzim aktivitelerinin PHA'nın yüksek üretiminden kritik bir şekilde sorumlu olmadığı görüldü.

Genetiği değiştirilmiş siyanobakterilerde PHA birikimini gösteren mikroskop resmi

Bir diğer taraftan, fotosentezden sorumlu bazı proteinlerin genlerinin fonksiyonlarının PHA'yı yüksek oranda üreten türde, kontrol türe göre daha fazla çalıştığı tespit edildi. Bu çalışmanın sonucunda, ürün oluşumu için siyanobakteri hücrelerinin fotosentezi arttırabildiği görüldü. PHA oluşumu sırasında, siyanobakteri hücrelerindeki karbon havuzu sürekli olarak sentez için kullanılmaktadır. Yüksek üretim ihtiyacıyla başa çıkabilmek için de, PHA sentezi sırasında kaybedilen karbonu telafi etmek amacıyla hücreler karbon üretimini arttırıyorlar. Bu süreçte de amino asit biyosentezi gibi PHA üretimi dışındaki hücresel işlemler için üretilen karbonun akışı sınırlıdır. Çalışmanın sonuçlarına göre, gelecekteki çalışmalar, siyanobakteriyi çeşitli kimyasalar, biyoyakıtların üretimine yöneltmek adına genetik olarak değiştirmek yönünde yapılabilir ve bu benzer yaklaşımlar bitkilere de uygulanabilir. Bu tarz sadece solar enerjiyi kullanarak biyopolimer üretimi için yeni yolların geliştirilmesiyle, petrol bazlıdan biyobazlı üretim prosesine geçme yolunda alternatif bir platform yaratılabilir.

Kaynak:
1) Lau, N.S, Foong, C.P., Kunihara, Y., Sudesh, K. & Matsui, M. RNA-Seq analysis provides insights for understanding photoautotrophic polyhydroxyalkonoate production in Synechocystis sp. PLoS One. 2014 Jan 22; 9(1): e86368. doi: 10.1371/journal.pone.0086368 (2014)


Yorumlar

Yorum Gönderme

Bu blogdaki popüler yayınlar

Evde Kendi Biyoplastiğinizi Nasıl Üretebilirsiniz

Biyoplastiklerin en güzel tarafı tamamiyle petrolden bağımsız kaynaklardan üretilebilmeleridir. Buna ek olarak elinizde petrol dahi olsa normal plastik hammaddelerini üretebilmeniz için çok yüksek ısılara çıkabilecek teknolojik aletlere ve damıtma aletlerine ihtiyacınız vardır. Fakat biyoplastik tamamiyle evde bulunabilen basit maddeler ile üretilebilmektedir.

Greenplastics.net sitesinin desteğiyle hazırlanan ve 2008 yılında hazırlanmış olan 'Kendi biyoplastiğinizi yapın' adlı youtube videosu zamanında pek rağbet görmemiş olsa da son dönemdeki bazı haberler sonrasında tekrar gündeme getirilmesinde yarar olacağını düşünüyorum. Aşağıda İngilizce olarak seyredebileceğiniz videoyu anlayamayanlar için kısaca özetlemek gerekirse; öncelikle gerekli malzemeler açıklanıyor, bir ısıtıcı, bir tencere, su, nişasta, gliserin ve sirke. Son olarak da üretilen biyoplastiği yayıp kurutmak için düz bir yüzey ve aluminyum folyo da gerekmekte.

İşin biraz kimyasına inilirse; nişasta amiloz ve ami…

Poliüretan Polimeri Nedir- Kullanım Alanları- Biyobazlı Poliüretanlar

Blogumuzda Poliüretan dosyasını da açıyoruz. İlk defa 75 sene önce Almanya'da bir laboratuvarda sentezlenen bu polimerin geçmişten günümüze olan macerasını size anlatıyoruz.
Bu yazımızda size geçmişten günümüze ve biyopolimerlere ulaşan serüvende poliüretanların tarihi, nasıl üretildiği, yapısı ve kullanım alanlarına dair bilgileri vereceğiz. Son olarak yeni teknoloji ile birlikte son yıllarda poliüretan üretiminde kullanılan petrol bazlı kimyasalların nasıl ve hangi yenilenebilir kaynaklarla üretildikleri yani Biyobazlı Poliüretanlar hakkında bilgiler de vereceğiz.
2012 yılında poliüretan endüstrisi, ilk olarak Leverkusen şehrinde bu çok yönlü malzemenin ilk formunun oluşturulmasının üzerinden 75 yıl geçmesini kutladı. İlk olarak Otto Bayer tarafından 1937 yılında yapılan araştırmalar, elyaf olarak örülmek amaçlı yapışkan bir reçineydi. Amaç Amerika'da üretilen naylon elyaflar ile rekabet edebilmekti. Araştırma 2.Dünya Savaşı'nın patlak vermesiyle dursa da, 1945 yılından …