カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者は、強靭な木質材料であるリグニンが嫌気性環境で分解されることを示しました.そうすることで、彼らは、これまで未使用だった生物学的廃棄物の一部を使用する新しいバイオ燃料生産システムへの道を開きました。
耐性のある素材であるリグニンは、茎、樹皮、枝に特徴的な木質性を与える構造バイオポリマーです。リグニンは、地球上で最も豊富に存在する地球上のポリマーの 1 つであり、貴重な植物繊維やその他の分子を取り囲んでいます。これらの分子は、硬い細胞壁を乗り越えることができれば、バイオ燃料やその他の汎用化学物質に変換できる可能性があります。
Nature Microbiology 誌に掲載された論文で、 UC Santa Barbara Chemical and Biological Engineering Laboratory の研究者 Michelle O'Malley は、嫌気性菌類の 1 つのグループであるNeocallimastigomycetesがその役割を果たしていることを示しました。
幸いなことに、このやや骨の折れるプロセスは、大型草食動物の腸内ですでに行われています。これは、牛、山羊、羊がバイオポリマーの背後に閉じ込められた栄養素を放出するのに依存している嫌気性微生物の働きのおかげです。研究者は、米国エネルギー省 (DOE) の共同ゲノム研究所、ローレンス バークレー国立研究所、共同バイオエネルギー研究所、および五大湖バイオエネルギー研究センターの同僚と協力して、この作業を行いました。
植物の廃棄物と考えられるものからエネルギーや化学物質の代替源を見つけてアクセスすることに焦点を当てた研究を行っている O'Malley 氏は、「リグニンは植物の一種の骨格系と考えることができます。リグニンは非常に重要です。強度と構造を提供しますが、同じ理由で分解するのも同じくらい困難です。」さらに、リグニンは植物を酵素や病原体による物理的分解に耐性にする特性を持っており、これが木材を比較的維持しやすいものにしています.
何十年もの間、リグニンは酸素の存在下でのみ分解されると考えられていました. 「それには時間がかかり、フリーラジカルなどの特定の化学種に依存します。これは、私たちが知る限り、酸素の助けを借りてのみ生成できます」と O'Malley 氏は述べています。
しかし、自然にはリグニンを取り除く方法が複数あると常に考えられてきました.産業バイオマスの世界では、リグニンの背後にあるセルロースとヘミセルロースにアクセスするには、植物バイオマスを前処理する必要があります。しかし、嫌気性微生物を扱うオマリー研究所の研究では、前処理はまったく必要ありませんでした。
「私たちが扱っている菌類は、セルロースとヘミセルロースを自分で抽出するのと同じくらい喜んでいるので、そこからリグニンを抽出する必要はありませんでした」と彼は言いました. 「したがって、これらの菌類が未処理の植物バイオマスで成長できるという事実は、常にユニークで珍しい特徴であり、リグニンを置き換える何らかの方法があるに違いないと推測しました.」
それを明らかにするために、オマリーの研究室は、ネオカリマスティゴミセテス グループのメンバーを対象に実験を行いました。この研究の筆頭著者である Tom Lankiewicz は、酸素のない環境でポプラ、モロコシ、スイッチグラスでこれらのキノコのいくつかを育てました。これらの 3 種類のバイオマスは、草の柔軟な茎や葉からポプラの硬い木材まで、リグニンが自然界で発生するさまざまな方法で選択されました。さらに、これらの植物は、バイオ燃料およびバイオベース製品の潜在的な原料として、米国エネルギー省から注目されています。
チームはその後、耐性繊維に取り組みながら菌類の進歩を追跡し、ネオカリマスティックス・カリフォルニアエが実際に植物の硬い細胞壁を破壊することを発見しました.核磁気共鳴などの高度なイメージング技術を使用して、酸素の非存在下でのリグニン結合の特定の切断を識別することが可能になりました。
「これは、酸素がない場合のリグニンの運命についての私たちの考え方における真のパラダイム シフトです」と O'Malley 氏は述べています。 「この研究を拡張して、堆肥の山、嫌気性消化槽、または酸素のない非常に深い環境でリグニンに何が起こるかを理解することができます.これは、これらの環境でバイオマスに何が起こるかについての私たちの理解を後押しし、何が可能であるか、そこで何が起こるかについての私たちの認識を変えます.」
この研究は、リグニンが酸素のない環境で菌類によって分解されることを示していますが、研究者にとっての次の課題は、その正確な方法を見つけることです.このプロセスを仲介する酵素はありますか?嫌気性菌全般の特徴でしょうか？あらゆる興味深い研究と同様に、すべての答えはより多くの質問につながり、さらに実りある研究とコラボレーションを招きます。しかし、この研究は、この時点で完全に分解されるバイオマスからバイオ燃料を生産するための、はるかに効率的な新しい方法への道を開きます。庭の草刈りから生じるような質の悪い植物の残留物でさえ、ほぼ完全にバイオ燃料に変換することができます.過小評価してはならない石油からガソリンとディーゼルを生産するより効率的な方法。
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リグニンからバイオ燃料を生産するために発見された新しいシステムという記事は、 Scenari Economiciから来ています。
これは、Wed, 12 Apr 2023 10:00:41 +0000 の https://scenarieconomici.it/scoperto-nuovo-sistema-per-produrre-biocarburanti-dalla-lignina/ で Scenari Economici に公開された記事の自動翻訳です。