Ilmuan Menggunakan Mikroba Untuk Mengubah Glukosa Menjadi Bahan Bakar

Dalam sebuah studi baru, E. coli yang direkayasa secara genetika memakan glukosa, kemudian membantu mengubahnya menjadi hidrokarbon, molekul yang ditemukan dalam bensin.

Kedengarannya seperti alkimia modern: Mengubah gula menjadi hidrokarbon dengan bantuan Mikroba. Proyek yang dipimpin oleh ahli biokimia Zhen Q. Wang di University at Buffalo dan Michelle C. Y. Chang di University of California, Berkeley., melaporkan memanfaatkan keajaiban biologi dan kimia untuk mengubah glukosa (sejenis gula) menjadi olefin (sejenis hidrokarbon, dan salah satu dari beberapa jenis molekul yang membentuk bensin).

Makalah, yang terbit pada 22 November di Nature Chemistry, menandai kemajuan dalam upaya menciptakan biofuel yang berkelanjutan.

Olefin atau yang dikenal dengan Alkena adalah hidrokarbon tak jenuh dengan ikatan rangkap dua antara atom karbon.

Olefin terdiri dari persentase kecil molekul dalam bensin seperti yang saat ini diproduksi, tetapi proses yang dikembangkan tim kemungkinan dapat disesuaikan di masa depan untuk menghasilkan jenis hidrokarbon lain juga, termasuk beberapa komponen bensin lainnya, kata Wang. Dia juga mencatat bahwa olefin memiliki aplikasi non-bahan bakar, seperti yang digunakan dalam pelumas industri dan sebagai prekursor untuk membuat plastik.

Proses mikroba mengubah gula menjadi Hidrokarbon
Para peneliti memulai dengan memberi makan glukosa ke strain E. coli yang tidak menimbulkan bahaya bagi kesehatan manusia.

“Mikroba ini adalah pecandu gula, bahkan lebih buruk dari anak-anak kita,” canda Wang.

E. coli dalam eksperimen direkayasa secara genetik untuk menghasilkan rangkaian empat enzim yang mengubah glukosa menjadi senyawa yang disebut asam lemak 3-hidroksi. Saat bakteri mengkonsumsi glukosa, mereka juga mulai membuat asam lemak.

Untuk menyelesaikan transformasi, tim menggunakan katalis yang disebut niobium pentoksida (Nb2O5) untuk memotong bagian asam lemak yang tidak diinginkan dalam proses kimia, menghasilkan produk akhir: olefin.

Para ilmuwan mengidentifikasi enzim dan katalis melalui trial and error, menguji molekul yang berbeda dengan sifat yang cocok untuk tugas tersebut.

Dengan menggunakan metode ini, kami dapat membuat olefin langsung dari glukosa. kata Wang, PhD, asisten profesor ilmu biologi di UB College of Arts and Sciences.

“Membuat biofuel dari sumber daya terbarukan seperti glukosa memiliki potensi besar untuk memajukan teknologi energi hijau,” kata Wang.

“Glukosa diproduksi oleh tanaman melalui fotosintesis, yang mengubah karbon dioksida (CO2) dan air menjadi oksigen dan gula. Jadi karbon dalam glukosa dan kemudian olefin sebenarnya berasal dari karbon dioksida yang telah ditarik keluar dari atmosfer. ,” jelas Wang.

Penelitian lebih lanjut diperlukan, untuk memahami manfaat dari metode baru dan apakah itu dapat ditingkatkan secara efisien untuk membuat biofuel atau untuk tujuan lain. Salah satu pertanyaan pertama yang perlu dijawab adalah berapa banyak energi yang dikonsumsi oleh proses produksi olefin; jika biaya energi terlalu tinggi, teknologi perlu dioptimalkan agar praktis dalam skala industri.

Para ilmuwan juga tertarik untuk meningkatkan hasil. Saat ini, dibutuhkan 100 molekul glukosa untuk menghasilkan sekitar 8 molekul olefin, kata Wang. Dia ingin meningkatkan rasio itu, dengan fokus membujuk E. coli untuk menghasilkan lebih banyak asam lemak 3-hidroksi untuk setiap gram glukosa yang dikonsumsi.

Penelitian ini didukung oleh dana dari US National Science Foundation; Program Pascadoktoral Camille dan Henry Dreyfus dalam Kimia Lingkungan; dan Yayasan Penelitian untuk Universitas Negeri New York.

Jurnal Referensi:

• Zhen Q. Wang, Heng Song, Noritaka Hara, Dae Sung Park, Edward J. Koleski, Gaurav Kumar, Yejin Min, Paul J. Dauenhauer, Michelle C. Y. Chang. 2021. A dual cellular–heterogeneous catalyst strategy for the production of olefins from glucose. Nature Chemistry, 2021; DOI: 10.1038/s41557-021-00820-0