Pripravili kvasovke za boljšo proizvodnjo bioetanola

Ena najstarejših kemijskih reakcij, ki jo izkorišča človeštvo, je alkoholno vretje. V uporabi je več tisoč let, čeprav njeno kemijsko ozadje in morfologijo organizmov, ki jih zanjo izkoriščamo, poznamo manj kot sto let. Alkoholno vretje je antična stranpot metabolizma, ki je bila pomembna v prvih milijardah let po nastanku Zemlje, ko je bila atmosfera reducirajoča. Nastanek kisika in razvoj oksidativne atmosfere, za kar so poskrbeli fotosintetski organizmi, sta omogočila razvoj aerobnega metabolizma, a nekaj organizmov je ostalo pri preizkušenem načinu pridobivanja energije. Tak primer so kvasovke, ki proizvajajo etanol. Znanstveniki sedaj poročajo, da so odkrili vrsto kvasovk, ki proizvede še več etanola.

Prvi del metabolizma je enak v vseh živih organizmih z izjemo nekaj res eksotičnih bakterij in arhej. Osnovno biološko gorivo glukoza se v ciklu desetih reakcij pretvori v dve molekuli piruvata, katerih usoda je odvisna od organizma. Pri aerobnih organizmih (torej tudi ljudeh) se oksidativno dekarboksilirata v acetil-koencim A in vstopita v citratni ciklus ter se naposled oksidirata do ogljikovega dioksida in vode, pri tem pa se sprosti obilica energije. Če pa kisika ni na razpolago, se mora piruvat reducirati nazaj, da se ohrani redoks ravnotežje v organizmu. V večini živih bitij ga laktat dehidrogenaza reducira do mlečne kisline (to lahko občutite na lastni koži, če telovadite nad aerobnim pragom in so vaše mišice prisiljene anaerobno razgrajevati glukozne rezerve iz glikogena), pri kvasovkah pa s piruvat dekarboksilazo in etanol dehidrogenazo poteče reduktivna dekarboksilacija do etanola.

Prav slednji reakciji izkoriščamo pri proizvodnji alkoholnih pijač in v zadnjem času tudi biogoriv. Ima pa ta postopek dve težavi. Prvič, v prisotnosti kisika se kvasovke še bohotneje razvijajo, a ne proizvajajo alkohola, marveč zgolj ogljikov dioksid. Drugi, težavnejši problem je toksični efekt etanola nanje, saj pri povišani koncentraciji etanola kvasovke Saccharomyces cerevisiae ne fermentirajo več. Zgornja meja je okrog 18 volumskih odstotkov etanola. Za alkoholne pijače je to dovolj (močnejše zvarke pripravimo z destilacijo), za biogoriva pa ne.

Znanstveniki z Univerze v Illinoisu pod vodstvom profesorja Jina Yong-Suja poročajo, da so našli štiri gene, ki so odgovorni za toksičen učinek etanola na kvasovke. Pripravili so gensko modificirane kvasovke Saccharomyces cerevisiae, ki imajo spremenjen gen INO1, tako da so za 340 odstotkov bolj tolerantne do etanola. Na ta način bi lahko z eno šaržo pridelali do 70 odstotkov več etanola, kar bo biogorivo pocenilo. Načrtujejo še dodatne raziskave, a obeti so več kot dobri. Seveda pa te raziskave odpirajo veliko vprašanje etičnosti uporabe rodovitnih površin za gojenje industrijskih rastlin za proizvodnjo goriv namesto hrane.