மேம்பட்ட உயிர் ஆற்றல் மற்றும் உயிரித் தயாரிப்புகள் கண்டுபிடிப்புக்கான மையம் (CABBI)
சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த இரசாயன உற்பத்திக்கான முன்னேற்றமாக, மேம்பட்ட உயிர் ஆற்றல் மற்றும் உயிரி உற்பத்தி கண்டுபிடிப்பு மையத்தின் (CABBI) ஆராய்ச்சியாளர்கள் கரும்பிலிருந்து ஒரு முக்கியமான தொழில்துறை இரசாயனமான சுசினிக் அமிலத்தை உருவாக்குவதற்கான சிக்கனமான வழியை உருவாக்கியுள்ளனர்.
இலினாய்ஸ் பல்கலைக்கழகம் மற்றும் பிரின்ஸ்டன் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு இந்த மதிப்புமிக்க கரிம அமிலத்திற்கான விலையுயர்ந்த, இறுதி முதல் இறுதி வரையிலான பைப்லைனை உருவாக்கி, ஒரு கடினமான, அமில-சகிப்புத்தன்மை கொண்ட ஈஸ்ட்டை நொதித்தல் முகவராகப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், கீழ்நிலை செயலாக்கத்தில் விலையுயர்ந்த படிகளைத் தவிர்க்கிறது. சுசினிக் அமிலம் உணவு மற்றும் பானங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு சேர்க்கையாகும், மேலும் விவசாயம் மற்றும் மருந்துப் பொருட்களில் பல்வேறு பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.
பயிர்களில் இருந்து நிலையான உயிரி எரிபொருள்கள் மற்றும் உயிர்வேதிப்பொருட்களை உருவாக்கும் பணியில் CABBI இலக்கு வைத்துள்ள மற்ற தொழில்துறை முக்கியத்துவம் வாய்ந்த கரிம அமிலங்களை உற்பத்தி செய்ய இதே பைப்லைன் பயன்படுத்தப்படலாம் என்று CABBI இன் மாற்று தீம் தலைவர் மற்றும் வேதியியல் மற்றும் உயிர் மூலக்கூறு பொறியியல் (ChBE) இணை ஆசிரியர் Huimin Zhao கூறினார். இல்லினாய்ஸ். புதைபடிவ எரிபொருட்களை நம்பியிருப்பதைக் குறைக்க, மாற்று ஆய்வாளர்கள், வழக்கமான பெட்ரோலியம் சார்ந்த உற்பத்திக்கு மாற்றாக, அன்றாடப் பொருட்களில் பயன்படுத்தப்படும் இரசாயனப் பொருட்களாக தாவர உயிரிகளை மாற்றுவதற்கு நுண்ணுயிரிகளைப் பயன்படுத்துகின்றனர்.
“இது CABBI இல் உள்ள மற்ற அனைத்து வளர்சிதை மாற்ற பொறியியல் தயாரிப்புகளுக்கும் ஒரு வரைபடமாக செயல்படும்” என்று திட்டத்தில் பல CABBI முதன்மை புலனாய்வாளர்களில் ஒருவரான ஜாவோ கூறினார்.
இந்த ஆய்வு நேச்சர் கம்யூனிகேஷன்ஸில் வெளியிடப்பட்டுள்ளது, மேலும் ஜாவோ மற்றும் அவரது சகாக்கள் இசாட்சென்கியா ஓரியண்டலிஸைப் பயன்படுத்தி, கரிம அமிலங்களை உருவாக்குவதற்கான வழக்கத்திற்கு மாறான ஈஸ்ட் ஐப் பயன்படுத்தி சுசினிக் அமிலம் உற்பத்தி குறித்த பல வருட ஆராய்ச்சியை உருவாக்குகிறது.
I. ஓரியண்டலிஸ் குறைந்த pH அல்லது அமில நிலைகளில் செழித்து வளரும் தனித்துவமான திறனைக் கொண்டுள்ளது. பெரும்பாலான உயிரினங்கள் உயிர்வாழ ஒரு நடுநிலை pH சூழல் தேவைப்படுகிறது, இதில் Saccharomyces cerevisiae, மிகவும் வழக்கமான ஈஸ்ட் அல்லது Escherichia coli பாக்டீரியா ஆகியவை அடங்கும். சுசினிக் அமிலத்தை உற்பத்தி செய்ய நிறுவனங்கள் மற்றும் ஆய்வகங்களால் இவை இரண்டும் பயன்படுத்தப்பட்டன, ஆனால் அவை மிகவும் விலை உயர்ந்தவை என்பதை நிரூபித்துள்ளன, எனவே உற்பத்தியை அளவிடுவதற்கான முயற்சிகள் தோல்வியடைந்தன, ஜாவோ கூறினார்.
அந்த நுண்ணுயிரிகளுக்கு நச்சு அமில நிலைகளை நடுநிலையாக்க ஒரு தளம் தேவைப்படுகிறது, அதனால் அவை தொடர்ந்து சுசினிக் அமிலத்தை உருவாக்க முடியும். ஆனால் இது ஜிப்சம் அல்லது கால்சியம் சல்பேட் போன்ற பக்க தயாரிப்புகளை உருவாக்குகிறது, அவை தயாரிப்பை சுத்திகரிக்க பைப்லைனின் முடிவில் பிரிக்கப்பட வேண்டும், கீழ்நிலை செயலாக்க செலவுகளை அதிகரிக்கும்.
“கரிம அமிலங்களின் உற்பத்தியில் உள்ள இடையூறுகளில் ஒன்று பிரிப்பு செலவு” என்று ஜாவோ கூறினார். “6 முதல் 7 க்கு இடையில் pH ஐ நடுநிலையாக வைத்திருக்க நாம் நிறைய அடிப்படைகளை சேர்க்க வேண்டும்.”
I. orientalis உடன், இருப்பினும், “உயிரினம் 3 முதல் 4 pH இல் மகிழ்ச்சியுடன் வாழ்கிறது,” எனவே சேர்க்கைகள் தேவையில்லை, ஜாவோ கூறினார். “இறுதியில், அது கணிசமாக செலவுகளைக் குறைக்கிறது.”
CABBI ஆராய்ச்சியாளர்கள் I. ஓரியண்டலிஸை மீண்டும் ரீவைர் செய்து, S. cerevisiae அல்லது E. coli ஐ விட அதிகமான சுசினிக் அமிலத்தை உற்பத்தி செய்ய விரிவான மெட்டபாலிக் இன்ஜினியரிங் செய்தார்கள், என்றார். ராபினோவிட்ஸ் ஆய்வகத்திலிருந்து வளர்சிதை மாற்றப் பகுப்பாய்வைப் பயன்படுத்தி, ஈஸ்டின் வளர்சிதை மாற்றத்தின் படிகளை அவர்கள் அடையாளம் கண்டனர், இது சுசினிக் அமிலத்தின் உற்பத்தியை மட்டுப்படுத்தியது. ஒரு முக்கிய சாலைத் தடை: பூர்வீக I. ஓரியண்டலிஸ் கரும்பிலிருந்து சுக்ரோஸைப் பயன்படுத்த முடியாது. எனவே கரும்புச் சாற்றில் இருந்து சுக்ரோஸை குளுக்கோஸ் மற்றும் பிரக்டோஸாக உடைத்து சுசினிக் அமிலத்தை உருவாக்கக்கூடிய என்சைம் சேர்க்கப்பட்டது. சுசினிக் அமிலத்தை அதிகமாக உற்பத்தி செய்ய மற்ற மரபணுக்கள் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டன.
IBRL இல் சிங்கின் குழுவுடன் இணைந்து பணிபுரிந்த குழு, தொழில்துறை சார்ந்த உபகரணங்களைப் பயன்படுத்தி சுசினிக் அமில உற்பத்தியை அளவீடு செய்து, செயல்முறையின் முடிவில் இருந்து இறுதிவரை ஒருங்கிணைத்தது. பைலட் அளவிலான வேலை புதிய விகாரங்கள் 110 கிராம்/லி சுசினிக் அமிலத்தை உற்பத்தி செய்யக்கூடும் என்பதைக் காட்டியது, தொகுதி நொதித்தல் மற்றும் கீழ்நிலை செயலாக்கத்திற்குப் பிறகு, ஒட்டுமொத்த மகசூல் 64%-வணிக முக்கியத்துவம் வாய்ந்த முடிவுகள், சிங் கூறினார்.
மரபணு பொறியியல் மூலம் அதிக உற்பத்தி நிலைகள் மற்றும் கீழ்நிலைப் பிரிவை நீக்குவதிலிருந்து குறைந்த செலவுகள் ஆகியவற்றின் கலவையானது செயல்முறையை “மிகவும் கவர்ச்சிகரமானதாக ஆக்குகிறது” என்று ஜாவோ கூறினார். “அதனால்தான் குழாய் மிகவும் சிக்கனமானது, குறைந்தபட்சம் இந்த பைலட் அளவிலாவது.”
அவரது குழுவால் உருவாக்கப்பட்ட திறந்த-மூல மென்பொருள் தளமான BioSTEAM ஐப் பயன்படுத்தி, ஒரு முழு முடிவு-இறுதி, குறைந்த pH சுசினிக் அமிலம் உற்பத்தி பைப்லைனை உருவகப்படுத்துவதற்கு கெஸ்ட் உடன் இணைந்து இறுதிப் படியாக பணியாற்றியது. தொழில்நுட்ப-பொருளாதார பகுப்பாய்வு (TEA) மற்றும் வாழ்க்கைச் சுழற்சி மதிப்பீடு இந்த செயல்முறை நிதி ரீதியாக சாத்தியமானது மற்றும் புதைபடிவ எரிபொருள் அடிப்படையிலான உற்பத்தி செயல்முறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது கிரீன்ஹவுஸ் வாயு வெளியேற்றத்தை 34% முதல் 90% வரை குறைக்கலாம்.
“வளர்சிதை மாற்ற பொறியியலில் இந்த முன்னேற்றங்கள் பெரிய அளவிலான பலன்களைக் கொண்டிருக்கலாம், அதே நேரத்தில் ஒரு வட்ட உயிர் பொருளாதாரத்திற்கு ஆதரவாக செலவுகள் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் தாக்கங்களைக் குறைக்கலாம்” என்று விருந்தினர் கூறினார்.
வழக்கமான பெட்ரோலியம் அடிப்படையிலான இரசாயன செயலாக்கத்தை விட இந்த செயல்முறை குறைவான கார்பன் டை ஆக்சைடை (CO2) வெளியிடுகிறது. கரும்பு போன்ற தாவரங்களும் கார்பனை ஊறவைக்கின்றன, மேலும் CO2 செயல்முறைக்கு அடி மூலக்கூறாகப் பயன்படுத்தப்படலாம், மேலும் அதன் கார்பன் தடயத்தைக் குறைக்கிறது.
“இது நிச்சயமாக சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்தது. CABBI இன் அனைத்து ஆராய்ச்சிகளுக்கும் இதுவே முன்மாதிரி: இரசாயனங்கள் மற்றும் எரிபொருட்களை உருவாக்க புதுப்பிக்கத்தக்க வளங்களைப் பயன்படுத்துதல்,” ஜாவோ கூறினார்.
சுசினிக் அமிலம் உற்பத்தி செயல்முறையின் வணிகமயமாக்கலை ஆதரிக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் விரைவில் மேலும் அளவிலான ஆய்வுகளைத் திட்டமிடுகின்றனர்.
3-ஹைட்ராக்ஸிபிரோபியோனிக் அமிலம் (3-HP) உட்பட I. ஓரியண்டலிஸைப் பயன்படுத்தி மற்ற CABBI தயாரிப்புகளின் உற்பத்திக்கான டெம்ப்ளேட்டாகவும் இந்த வேலை இருக்கும். 3-ஹெச்பிக்கான சந்தை, டிஸ்போசபிள் டயப்பர்கள் மற்றும் சீலண்ட்களின் கூறுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது $1 பில்லியனைத் தாண்டியுள்ளது, மேலும் இன்றுவரை ஆராய்ச்சி மிகப்பெரிய வாக்குறுதியைக் காட்டுகிறது, ஜாவோ கூறினார்.
“பல்வேறு வகையான கரிம அமிலங்களை உற்பத்தி செய்வதற்கான பொதுவான தொழில்துறை தளமாக I. ஓரியண்டலிஸ் செயல்படும் என்று நாங்கள் எதிர்பார்க்கிறோம்,” என்று தாளின் முதன்மை ஆசிரியரும் Ph.Dயுமான வின் டிரான் கூறினார். ChBE இல் மாணவர்.
இந்தத் திட்டமானது CABBI இன் ஆராய்ச்சியின் மூன்று கருப்பொருள்களிலிருந்தும் பல ஆய்வகக் குழுக்கள் மற்றும் பங்களிப்புகளை உள்ளடக்கியது—தீவன உற்பத்தி ஆராய்ச்சிக் குழுவின் கரும்புச்சாறு, மாற்றுக் குழுவின் வளர்சிதை மாற்ற ஆராய்ச்சி மற்றும் உயிர்ச் செயலாக்க வசதிகள் மற்றும் நிலைத்தன்மை குழுவின் பொருளாதார மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பகுப்பாய்வு.
இணை ஆசிரியர்களில் CABBI ஆராய்ச்சியாளர்களான CEE இன் சாரங் பகவத் மற்றும் பிரின்ஸ்டனில் உள்ள வேதியியல் துறையின் யிஹூய் ஷென் ஆகியோர் அடங்குவர்; ஏபிஇயின் சோமேஷ் மிஸ்ரா; சமன் ஷஃபேய், ஷிஹ்-ஐ டான், ஜியா ஃபத்மா மற்றும் பெஞ்சமின் க்ரோஸ்லி ChBE; மற்றும் CEE இன் ஜெய்ன் ஆலன்.