Datum objave: 14.02.2013

Kategorija: Aktualno na Univerzi

Nafta postaja vse bolj strateška surovina, njena cena pa ima velik vpliv na gospodarstvo. Ker je Evropa v veliki meri odvisna od uvožene nafte, poskuša pospešiti raziskave in razvoj alternativnih energetskih virov, pri katerih bi se v večji meri lahko zanašala na lastne proizvodne sposobnosti, hkrati pa bi se zmanjšalo obremenjevanje okolja z izpusti.

Kot del 7. okvirnega programa financiranja raziskav se je Evropska komisija odločila podpreti tudi raziskave, usmerjene k proizvodnji biovodika. Pri teh raziskavah sodelujejo tudi raziskovalci Univerze v Ljubljani, ki so del mednarodnega konzorcija pod vodstvom prof. dr. Petra Lindblada z Univerze v Uppsali na Švedskem. Projekt z naslovom »Zasnova, konstruiranje in prikaz proizvodnje solarnega biogoriva z uporabo novih (foto)sinteznih celičnih tovarn« temelji na uporabi sintezne biologije, njegov cilj pa je razvoj mikrobnih celic, ki bi bile sposobne proizvajati vodik bolj učinkovito kot v naravi.

Konzorcij CyanoFactory (http://cyanofactory.eu/) sestavlja deset partnerjev iz sedmih evropskih držav: Švedske, Velike Britanije, Nemčije, Španije, Portugalske, Italije in Slovenije. Med partnerji sta dve podjetji, dva raziskovalna inštituta in šest univerz. V treh letih, kolikor bo trajal projekt, bodo predvidoma vgradili nova genetska vezja v celice cianobakterij – to so fotosintezne bakterije, ki so tako kot rastline sposobne sončno energijo pretvarjati v kemijsko. Cianobakterije sicer nekaj vodika proizvedejo tudi v naravi kot stranski produkt biokemijskih reakcij, vendar vodika ne sproščajo iz celic, pač pa ga razgradijo. Da bi lahko proizvedli vodik kot energent, je treba celice spremeniti na tak način, da jim vstavimo gene za izboljšane encime, hkrati pa preprečimo kemijsko pretvorbo nastalega vodika.

Cianobakterijske celice je treba pripraviti tudi na gojenje v fotobioreaktorjih, kjer bodo predvidoma vladali zelo spremenljivi pogoji za rast, predvsem glede osvetljenosti in temperaturnih nihanj. Ker bo celice treba opremiti z ustreznimi geni iz drugih organizmov, pa je posebne skrbi v projektu deležno vprašanje biološke varnosti. Prav rešitev tega vprašanja je v rokah slovenskih raziskovalcev. Na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani bo skupina pod projektnim vodstvom izr. prof. dr. Marka Dolinarja v cianobakterije uvedla mehanizem, ki bo sprožil celično smrt, če bi genetsko spremenjene celice cianobakterij iz bioreaktorja prišle v naravno okolje. Delo bodo opravili na Katedri za biokemijo, kjer želijo uporabiti gene za toksine in antitoksine, ki v cianobakterijah že obstajajo. Pri tem gre za toksine, ki delujejo samo znotraj cianobakterijskih celic in ki za človeka niso nevarni.

Končni cilj projekta je izgradnja sistema za proizvodnjo vodika, ki bo sestavljen iz 20 med seboj povezanih 50-litrskih zaprtih fotobioreaktorjev, postavljenih v naravno okolje. Tako bi lahko najprej na manjših modelih, kasneje pa v 1000-litrskem pilotnem sistemu preverili, ali se cianobakterije v proizvodnih razmerah obnašajo podobno kot v laboratorijskih. S tem bo mogoče ugotoviti, kje so ozka grla pri proizvodnji vodika v teh enoceličnih organizmih.

Čeprav v svetu tečejo raziskave novih virov obnovljive energije v različnih smereh, je vse večji poudarek na iskanju tistih virov, ki ne predstavljajo konkurence proizvodnji hrane, ki imajo čim manjše stroške proizvodnje in čim manj obremenjujejo okolje. Proizvodnja vodika v cianobakterijah je pri tem gotovo ena najbolj obetavnih, vzporedni razvoj vodikovih gorivnih celic in njihova vgradnja, na primer v vozila, pa kaže na široko uporabnost v naslednjih desetih do dvajsetih letih. Ko se vodik v pogonskih agregatih porablja, nastaja voda, ki ne škoduje okolju, pa tudi pri biotehnološki proizvodnji vodika praktično zadoščajo le mikrobne celice, sončna svetloba in sistem za zajem vodika.

Osrednje mesto v projektu zavzemajo pristopi sintezne biologije. Ti omogočajo, da ob natančnem poznavanju delovanja celic in lastnosti genov, v celice uvedemo točno določen nabor sprememb, da celice lahko opravljajo za človeka koristno delo. Seveda pa je pri tem treba paziti na biološko varnost – in ravno tu ima pomembno mesto raziskovalno delo, ki ga bodo opravili raziskovalci ljubljanske univerze.

Dr. Helena Čelešnik na Katedri za biokemijo FKKT UL izvaja poskuse s cianobakterijami.