Een uitdaging bij de productie van bioproducten (chemicaliën en materialen gemaakt van levende organismen) is het leveren van grote hoeveelheden goedkope en duurzaam geproduceerde bouwstenen waaruit deze producten kunnen worden gemaakt. Het Joint Bioenergy Institute (JBEI) pakt deze uitdaging aan door duurzame methoden te ontwikkelen om deze bouwstenen voor bioproducten te produceren. Meest recent, JBEI-wetenschappers in de Feedstocks Division hebben ontdekt hoe ze grote hoeveelheden van een veelbelovende bouwsteen kunnen produceren, 2-pyron-4, 6-dicarbonzuur (PDC), bij planten.

PDC wordt normaal gesproken niet geproduceerd door planten zoals degene die in dit onderzoek is gebruikt, Arabidopsis thaliana. Liever, PDC wordt in de natuur meestal gesynthetiseerd door bodembacteriën die een bestanddeel van planten afbreken dat lignine wordt genoemd (een taaie, moeilijk te gebruiken plantcomponent). De hoofdonderzoeker van dit project, Dr. Aymerick Eudes, legde uit dat zijn team met succes "een nieuwe mogelijkheid in planten heeft geïntroduceerd om voorlopers voor lignine in PDC te veranderen." specifiek, Het team van Dr. Eudes ontwikkelde A. thaliana-planten om enzymen te produceren, die afkomstig zijn van bodembacteriën (Corynebacterium glutamicum en Comamonas testosteroni), dat lignine kan omzetten in PDC.

De ophoping van niet-biologisch afbreekbare kunststoffen is een enorm milieuprobleem geworden. Het Department of Energy (DOE) heeft onlangs de Plastics Innovations Challenge gelanceerd om plastic afval tegen 2030 drastisch te verminderen. PDC is een aantrekkelijk bioproduct dat kan worden omgezet in verschillende consumentenproducten, inclusief biologisch afbreekbare kunststoffen, helpen om het probleem van plastic afval aan te pakken. historisch, er is geen duurzame manier geweest om PDC te maken, totdat bacteriën onlangs werden ontwikkeld om het te synthetiseren.

In dit onderzoek, onderzoekers ontwikkelden de allereerste plantaardige productieroute voor PDC. Door te pionieren met de productie van PDC in planten kunnen bioplastics goedkoper en duurzamer worden geproduceerd. specifiek, om te groeien, deze gemanipuleerde fabrieken gebruiken gratis en "groene" hulpbronnen, atmosferische kooldioxide en zonne-energie, tijdens het synthetiseren van PDC.

De huidige productiemethoden voor plastic maken gebruik van fossiele brandstoffen zoals aardolie en resulteren in niet-biologisch afbreekbare kunststoffen die vaak niet worden gerecycled en zich kunnen ophopen in, en natuurlijke omgevingen aantasten. Deze nieuwe methode voor het produceren van PDC zal milieuvriendelijke bioplastics (die biologisch afbreekbaar en hernieuwbaar zijn) helpen concurreren met traditionele plastics door de productiekosten ervan te verlagen.

In dit onderzoek, onderzoekers hebben een plant genetisch gemanipuleerd om PDC te produceren, een veelbelovende bouwsteen voor bioproducten. PDC-productie in de gemanipuleerde A. thaliana-plant had geen negatieve invloed op de groei en verminderde de hoeveelheid lignine in de plant aanzienlijk. Dit is waarschijnlijk te wijten aan het feit dat het PDC-productieproces middelen wegleidt van ligninevorming. In het kader van het kweken van planten voor gebruik bij de productie van biobrandstoffen, dit verlaagde ligninegehalte is eigenlijk gunstig. specifiek, door de hoeveelheid lignine in planten te verminderen, kunnen enzymen een onderdeel van planten, cellulose genaamd (een taaie vezel gemaakt van suikerketens), efficiënter afbreken tot waardevolle suikers, die microben kunnen consumeren om biobrandstoffen te produceren.

Dr. Chien-Yuan Lin, projectwetenschapper bij JBEI en de eerste auteur van de studie, merkt op dat dit een "unieke "win-win"-strategie is om de productie van zowel biobrandstoffen als bioproducten uit planten te bevorderen. De PDC-productietechnologie die bij JBEI is ontwikkeld, kan worden overgedragen van A. thaliana (een plantensoort die niet vaak buiten het laboratorium wordt gekweekt instellingen) voor bio-energiegewassen en zou de economische levensvatbaarheid kunnen verbeteren, en duurzaamheid, van het produceren van bioplastics en biobrandstoffen" in deze gewassen. Dr. Lin zei dat "de bevindingen van deze studie ons hebben gemotiveerd om het effect van PDC-productie in gemanipuleerde sorghum te onderzoeken, een aantrekkelijk bio-energiegewas gepromoot door de DOE." Dr. Lin zei dat hij ernaar uitkeek om te bepalen of PDC-producerende sorghum "dezelfde gunstige eigenschappen" vertoonde die werden waargenomen in PDC-producerende A. thaliana-planten door testen van de gemanipuleerde sorghum in het veld .