Какво представляват бактериите Clostridium acetobutylicum?

Clostridium acetobutylicum е грам-положителна бактерия, която произхожда от рода на Clostridia. Тъй като бактерията е в състояние да произвежда бутанол и ацетон чрез ензими (ферментативни), тя има специално биотехнологично значение. Бактериите C. acetobutylicum се срещат предимно в седименти на водни басейни, почви, но също и в много други местообитания. При много организми бактерията C. acetobutylicum може да бъде открита и в чревната флора. Затова, подобно на много клостеридии, бактерията се класифицира като повсеместно разпространена, т.е. приема се, че се среща навсякъде.

Какви са характеристиките на бактериите Clostridium acetobutylicum?

Clostridium acetobutylicum е грам-положителна бактерия, състояща се от кръгова хромозома и кръгов плазмид. Като анаеробна бактерия, Clostridium acetobutylicum се нуждае от безкислородна основа, за да образува репродуктивни клетки. При аеробни условия бактерията е в състояние да образува ендоспори само след няколко часа. Те могат да се запазят дори в продължение на няколко години в богати на кислород субстрати. При анаеробни условия те отново са способни да образуват ендоспори. Принадлежаща към рода на Clostridia, бактерията може да се придвижва активно благодарение на своите флагели и е класифицирана като повсеместно разпространена. Бактерията Clostridium acetobutylicum е в състояние да разгражда захари (захаролитично), както и да произвежда различни продукти, които са ценни в търговската мрежа . Те включват преди всичко веществата ацетон, бутанол и етанол.

Кога за първи път е изолирана бактерията Clostridium acetobutylicum?

Бактерията е изолирана за първи път между 1912 и 1914 г. от Хаим Вайцман. Вайцман култивира бактериите Clostridium acetobutylicum в процес, наречен от него метод ABE. Този метод му послужил най-вече за производството на веществата ацетон, бутанол и етанол. По време на Първата световна война тези продукти са използвани за производството на тротил, но също и за производството на пушек. Особено през 50-те години на миналия век методът ABE е широко използван. Понастоящем поради кризата, свързана с изкопаемите горива, се провеждат изследвания за използването на метода ABE за идентифициране на нови нефтохимични процеси.

Колко опасен е Clostridium acetobutylicum?

Бактерията Clostridium acetobutylicum е напълно безвредна както за растенията, така и за животните. Въпреки че бактерията е открита в човешкото дебело черво, тя не може да се счита за част от нормалната човешка флора. Въпреки това не изглежда да е токсична за бозайниците, освен ако не присъства в огромни количества .

Как се използват бактериите Clostridium acetobutylicum в биотехнологиите?

От 20. век насам бактериите Clostridium acetobutylicum играят важна роля в биотехнологиите. Ацетонът, който може да се получи от бактериите, е необходим за производството на синтетичен каучук. Университетът в Манчестър наема Хаим Вайцман да работи върху ферментацията, т.е. микробното преобразуване на органични вещества от гъбички и пробиотични бактерии. По време на работата си в периода 1912 и 1914 г. Вайцман успява по така наречения от него метод ABE да изолира няколко щама, от които става известен Clostridium acetobutylicum. В сравнение с познатите дотогава методи за ферментация, методът ABE на Вайцман предлага предимството на повишената ефективност.

Поради избухването на Първата световна война търсенето на ацетон се увеличава драстично. Наред с други неща, той се използва за производството на бездимен пушек (кордит). Въпреки че след края на Първата световна война почти не е имало нужда от ацетон , бутанолът вече е бил търсен като разтворител в производството на бои за автомобилната индустрия. Дотогава бутанолът е бил отпадъчен продукт от производството на ацетон . С разрастването на автомобилната индустрия през 20-те години на миналия век се увеличава и търсенето на бутанол .

Тъй като в края на 50-те и 60-те години на миналия век петролната индустрия се развива с невероятни темпове, а цената на ферментацията се повишава по същото време, изобретеният от Вайцман метод ABE не може да се конкурира с нефтохимическото производство . До 1957 г. повечето ферментационни заводи са затворени. Въпреки това, тъй като цената на петрола непрекъснато се покачва, сега има подходи за преосмисляне на ферментацията за производство на промишлени разтворители.

Текущо състояние на изследванията върху Clostridium acetobutylicum

По-специално, бутанолът, но също и етанолът като продукти от ферментацията на Clostridium acetobutylicum, се изследват особено интензивно през последните години като възможен алтернативен източник на гориво за автомобилите. Предимството на бутанола пред етанола е, че отделя по-малко вредни емисии , но също така има по-висока ефективност. Едно проучване от 2006 г. предлага ферментация на бутанол чрез нов патентован процес и по този начин иска да замени разпространения дотогава метод ABE. Новият производствен процес включва използването на царевични влакна (това включва основно ксилема), които да заменят C. acetobutylicum като субстрат и по този начин да се получи по-рентабилен бутанол. Предимството тук е и в това, че царевичните влакна така или иначе са страничен продукт от много селскостопански процеси и следователно представляват богат източник на субстрат.

В допълнение към производството на бутанол , C. acetobutylicum е в центъра на изследователския интерес и за производството на водороден газ като алтернативен източник на енергия. Водородният газ не само има голямо количество енергия, но би могъл да бъде изключително полезен и като алтернатива на бензина , особено като се има предвид, че не произвежда въглероден диоксид или парникови газове . Понастоящем по-голямата част от водородния газ се произвежда от невъзобновяеми източници, така че един алтернативен метод за производство, използващ ферментационни процеси, би бил изключително ценен. Ето защо в последните изследвания на Clostridium acetobutylicum се разглеждат различни ферментационни процеси, за да се проучи подобреното производство на водороден газ. Досега като вариант за производство беше представен реактор с трикличен слой. Реакторът с трикъл слой използва глюкоза като субстрат, но досега произвежда само малко количество водороден газ, за да може да се използва за промишлени цели. Въпреки това, ако методът бъде доразвит, реакторът на струйно дъно може да се разглежда като възможен производствен инструмент за бъдеще.