Phát hiện vi khuẩn chuyển hóa bùn nước thải thành Toluen

03:26' PM - Thứ năm, 13/09/2018

Toluen là nguyên liệu hóa chất quan trọng, được chiết xuất từ dầu mỏ. Nó được sử dụng rộng rãi để tăng chỉ số octan trong xăng cũng như làm nguyên liệu và dung môi trong sản xuất sơn, mực in, chất kết dính, thuốc nhuộm, cao su, tác nhân làm sạch,… Năm 2017, tiêu thụ toluen trên toàn cầu đạt hơn 29 triệu tấn.

Vừa qua Viện Năng lượng sinh học (Bộ năng lượng Mỹ) kết hợp với Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Mỹ) đã có một phát hiện đột phá, có thể mở ra một phương pháp rẻ tiền và thân thiện môi trường hơn để sản xuất toluen: Họ đã phát hiện một loại enzym có khả năng phân hủy bùn nước thải và chuyển hóa thành toluen. Nếu quá trình này được đưa ra áp dụng ở quy mô công nghiệp, nó không chỉ giúp giảm chi phí nguyên liệu cho sản xuất hóa chất mà còn giúp sản xuất công nghiệp hóa chất trở nên bền vững hơn và góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn.

Enzym mới phát hiện không chỉ cho phép sản xuất toluen từ nguyên liệu sinh học mà đây còn là lần đầu tiên vi khuẩn đã được sử dụng để tạo ra nhiên liệu sinh học dạng hydrocacbon thơm.

Các nhà khoa học trong nhóm nghiên cứu nói trên cho biết, enzym tổng hợp toluen mà họ phát hiện là phenylaxetat decarboxylaza, nó thuộc vào nhóm các enzym được biết đến như enzym gốc glycyl (GRE).

Trên thế giới, nhóm các enzym GRE chỉ mới bắt đầu được ghi nhận từ thập niên 1980, trong khi đó phenylaxetat decarboxylaza là GRE thứ 8 được phát hiện từ đó đến nay. Tuy nhiên, nhiều bằng chứng hiện nay cho thấy có nhiều GRE đang tồn tại trong thiên nhiên và chưa được xác định. Bản chất gốc của các GRE cho phép chúng xúc tác các phản ứng hóa học khó thực hiện, ví dụ phản ứng kỵ khí tách nhóm carboxyl của phenylaxetat để tạo ra toluen.

Điểm đặc biệt của phát hiện trên là phương pháp mà các nhà khoa học sử dụng để tách enzym. Đây là một quá trình vừa phức tạp vừa khác thường.

Nhóm nghiên cứu đã biết có những loại vi khuẩn trong thiên nhiên có thể tạo ra toluen, nhưng họ không thể lặp lại quá trình phản ứng như vậy trong phòng thí nghiệm. Điều đó đã dẫn họ đến quyết định tìm kiếm trong thế giới tự nhiên những chủng vi khuẩn tạo ra toluen. Cuối cùng, họ đã tìm thấy những vi khuẩn đó trong bùn của các nguồn nước thải công cộng và bùn thiếu khí dưới đáy hồ ao.

Nhưng thách thức thực sự là thu được loại enzym thích hợp từ những môi trường như vậy, vì vi khuẩn yếm khí và nhiều loại enzym của chúng rất nhạy cảm với oxy. Điều đó buộc các nhà khoa học phải thao tác với các chủng vi khuẩn và enzym trong những điều kiện yếm khí chặt chẽ.

Hơn nữa, mỗi quần thể vi khuẩn đã phát hiện có chứa hơn 300.000 gen, tương đương 50 bộ gen vi khuẩn. Do đó, việc xác định và phân tách các enzym cụ thể đòi hỏi phải sử dụng các kỹ thuật tinh chế protein như sắc khí nhanh kết hợp các quá trình phân loại trình tự hiện đại, cùng với việc phân tích thông tin sinh học liên quan.

Theo các nhà khoa học, loại vi khuẩn nói trên thực sự là một món quà mà thiên nhiên ban tặng cho con người, cho phép chúng ta chuyển hóa bã nước thải thành hóa chất hữu ích với tiềm năng sử dụng rất phong phú.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu nói trên hy vọng sẽ tìm thấy những enzym tiếp theo với khả năng chuyển hóa các dạng nước thải khác nhau thành nguyên liệu hóa chất có giá trị. Qua quá trình tiến hóa hàng triệu năm, thiên nhiên đã tạo ra những enzym có thể xúc tác các phản ứng hóa học phức tạp mà ngày nay con người có thể khai thác cho các quá trình công nghệ sinh học của mình.

LH

Theo Chemistry & Industry, 4/2018

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,