Novo Nordisk Vakfı Biyo Sürdürülebilirlik Merkezi’nde (DTU Biosustain) yapılan son araştırmalar, biyoetanol üretiminde mikrobiyal kontrolün ne kadar önem arz ettiğini gözler önüne seriyor. Şeker kamışından biyoetanol üretim sürecindeki mikrobiyal etkileşimleri ayrıntılı bir biçimde ele alan araştırma, Nature Communications dergisinde yayımlandı.
Yükseltilmiş işlem verimliliği ve ekolojik avantajlar
Biyoetanol, yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde önemli bir yere sahiptir. Genellikle maya olarak bilinen Saccharomyces cerevisiae ile şekerin fermantasyonu yoluyla üretilir. Ancak fermantasyon basamağında hammaddede bulunan bazı mikroorganizmalar süreci olumsuz etkileyebilir. DTU Biosustain’den Felipe Lino ve ekibi, Brezilya’daki iki büyük biyorafineride mikrobiyal popülasyonların genetik materyallerini araştırarak fonksiyonel analizini gerçekleştirdiler. Bu analizler neticesinde etanol verimini artıran veya engelleyen bakteriyel alt gruplar belirlendi.
Araştırmalar sonucunda, Brezilya’daki iki büyük rafineri olan bu biyorafinerilerinde biyoetanol üretiminin %5 oranında arttığı ve bu artışın yıllık 1,6 milyar dolar ek gelir ve 2 ton CO₂ emisyonunda azalma sağladığı tespit edilmiştir.
Bakteriyel türler arasında çözünürlük ile gizli bakterilerin tespiti
Araştırmacılar, etanol verimliliğini önemli ölçüde artmasına sebep olan bakteriyel alt grupları keşfettiler. Bu bakteri türleri arasında özellikle Lactobacillus amylovorus adlı bakterinin yüksek oranda bulunmasının verimi belirgin bir biçimde artırdığı görüldü.
Profesör Sommer, fermantasyon performansını etkileyen maya harici mikropların etkilerini alt türlerini de kapsayacak şekilde haritalandırarak gen kataloğu oluşturdu. En fazla hasara neden olan L. fermentum türünü belirledikten sonra kalan türler için nötr veya zararlı diye adlandırdı. Zararlı olanlar için tampon kullanılması gerektiğini söyledi1.
Ayrıca zaman içerisinde L. fermetum bakteri türlerinin büyümesine bağlı olarak artan ortam sıcaklığının maya canlılığını ve fermantasyon verimliliğini olumsuz etkilediği belirlenmiştir. Profesör Sommer, gelecek mikrobiyal popülasyonların araştırmaları için daha yüksek çözünürlüklü yöntemlerin kullanılması ve geliştirilmesi gerektiğine de dikkat çekmektedir.
Yeni mikrobiyal ve proses kontrol çözümleri için yapılması gerekenler
Yapılan bu çalışma, biyoetanol üretiminde istenmeyen mikropların daha kolay kontrol edilebilmesini sağlayacak yeni mikrobiyal ve proses kontrol çözümlerinin geliştirilmesine olanak sağlamaktadır. Araştırma sonucunda öğrenilen veriler elde edilen sonuçlara göre işlem yapıldığında biyoyakıtların daha uygun maliyetli ve verimli olmasını sağladığı diğer bir yandan CO₂ emisyonunu önemli ölçüde azalttığı gözlemlenmiştir2.
Bu araştırmada görülüyor ki mikrobiyom türlerini (bakteri, virüs, mantar vb.) inceleyebilmek için gerekli olan biyoenformatik araçları geliştiren araştırma gruplar biyoyakıt ve endüstriyel biyoteknoloji şirketleri için önem arz etmektedir. Araştırma sonucunda elde edilen yeni gen kataloğu, önemli endüstriyel bakteri türleri için yeni enzimler ve metabolik özellikler değerli bir kaynak niteliğindedir. Biyoetanol üretimi dışında bağırsak mikrobiyomu dinamikleri, toprak ve toprak mahsulleri ile ilgili mikrobiyomlar gibi farklı gen araştırmalarında da kullanılabilir.
Kaynaklar
- https://phys.org/news/2024-07-discovery-boosts-bioethanol-production-efficiency.html
- de Oliveira Lino, F. S., Garg, S., Li, S. S., Misiakou, M. A., Kang, K., Vale da Costa, B. L., … & Sommer, M. O. A. (2024). Strain dynamics of contaminating bacteria modulate the yield of ethanol biorefineries. Nature Communications, 15(1), 5323.