Kas yra Clostridium acetobutylicum bakterijos?
Clostridium acetobutylicum yra gramteigiama Clostridia genties bakterija. Kadangi ši bakterija gali gaminti butanolį ir acetoną naudodama fermentus (fermentacijos būdu), ji turi ypatingą biotechnologinę reikšmę. C. acetobutylicum bakterijų daugiausia aptinkama vandens telkinių nuosėdose, dirvožemyje, taip pat daugelyje kitų buveinių. Daugelio organizmų žarnyno floroje taip pat galima aptikti C. acetobutylicum bakterijų. Todėl, kaip ir daugelis klosteridijų, ši bakterija priskiriama prie visur paplitusių, t. y. manoma, kad ji aptinkama visur.
Kokios yra Clostridium acetobutylicum bakterijų savybės?
Clostridium acetobutylicum yra gramteigiama bakterija, sudaryta iš žiedinės chromosomos ir žiedinės plazmidės. Būdama anaerobinė bakterija, Clostridium acetobutylicum reprodukcinėms ląstelėms susidaryti reikalinga bazė be deguonies. Aerobinėmis sąlygomis bakterija gali suformuoti endosporas jau po kelių valandų. Deguonies turtingame substrate jos gali išlikti net kelerius metus. Anaerobinėmis sąlygomis jos vėl gali formuoti endosporas. Clostridia genčiai priklausanti bakterija gali aktyviai judėti dėl savo blakstienėlių ir yra priskiriama visur esančių bakterijų grupei. Clostridium acetobutylicum bakterija gali skaidyti cukrų (sacharolitinė) ir gaminti įvairius komerciškai vertingus produktus . Visų pirma tai yra acetonas, butanolis ir etanolis.
Kada Clostridium acetobutylicum bakterija buvo išskirta pirmą kartą?
Pirmą kartą bakteriją 1912-1914 m. išskyrė Chaimas Veizmanas. Weizmannas augino Clostridium acetobutylicum bakterijas ABE metodu. Šis metodas jam pirmiausia pasitarnavo gaminant acetoną, butanolį ir etanolį. Per Pirmąjį pasaulinį karą šie produktai buvo naudojami ne tik trotilo, bet ir šaunamųjų ginklų miltelių gamybai. Ypač plačiai ABE metodas buvo naudojamas XX a. šeštajame dešimtmetyje. Šiuo metu dėl krizės, susijusios su iškastiniu kuru, atliekami moksliniai tyrimai, kurių metu ABE metodas naudojamas naujiems naftos chemijos procesams nustatyti.
Kuo pavojinga Clostridium acetobutylicum?
Clostridium acetobutylicum bakterija yra visiškai nekenksminga augalams ir gyvūnams. Nors bakterija buvo aptikta žmogaus storojoje žarnoje, ji negali būti laikoma įprastos žmogaus floros dalimi. Tačiau neatrodo, kad ji būtų toksiška žinduoliams, nebent jos būtų labai daug .
Kaip Clostridium acetobutylicum bakterijos naudojamos biotechnologijose?
Nuo XX a. Clostridium acetobutylicum bakterijos atlieka svarbų vaidmenį biotechnologijose. Acetonas, kurį gali gauti bakterijos, reikalingas sintetinio kaučiuko gamybai. Mančesterio universitetas pasamdė Chaimą Veizmaną (Chaim Weizmann) dirbti su fermentacija, t. y. organinių medžiagų mikrobine konversija, kurią atlieka grybai ir probiotinės bakterijos. Dirbdamas 1912-1914 m., Veizmanas savo vadinamuoju ABE metodu sugebėjo išskirti keletą padermių, iš kurių tapo žinoma Clostridium acetobutylicum. Lyginant su iki tol žinomais fermentacijos metodais, Veizmano ABE metodo pranašumas buvo didesnis efektyvumas.
Prasidėjus Pirmajam pasauliniam karui, labai išaugo acetono paklausa. Be kita ko, jis buvo naudojamas bedūmiams šaunamiesiems milteliams (korditui) gaminti. Nors pasibaigus Pirmajam pasauliniam karui acetono beveik nereikėjo, butanolis tapo paklausus kaip tirpiklis automobilių pramonei skirtų dažų gamyboje. Iki tol butanolis buvo acetono gamybos atliekos. XX a. trečiajame dešimtmetyje augant automobilių pramonei, didėjo ir butanolio paklausa.
Kadangi šeštojo dešimtmečio pabaigoje ir septintajame dešimtmetyje naftos pramonė vystėsi neįtikėtinai sparčiai, o fermentacijos kaina tuo pat metu kilo, Veizmano išrastas ABE metodas negalėjo konkuruoti su naftos chemijos gamyba. Iki 1957 m. dauguma fermentacijos gamyklų buvo uždarytos. Tačiau, kadangi naftos kaina nuolat augo, dabar imta iš naujo svarstyti fermentaciją pramoninių tirpiklių gamybai.
Dabartinė Clostridium acetobutylicum tyrimų padėtis
Pastaraisiais metais ypač intensyviai tiriamas butanolis, taip pat etanolis, kaip Clostridium acetobutylicum fermentacijos produktai, kaip galimas alternatyvus degalų šaltinis automobiliams. Butanolio pranašumas, palyginti su etanoliu, yra tas, kad jis išmeta mažiau teršalų, tačiau jo efektyvumas taip pat yra didesnis. 2006 m. atliktame tyrime siūloma butanolį fermentuoti nauju patentuotu procesu, taip siekiant pakeisti iki tol įprastą ABE metodą. Naujajame gamybos procese vietoj C. acetobutylicum kaip substratas naudojamas kukurūzų pluoštas (tai daugiausia yra ksilema) ir taip gaminamas ekonomiškesnis butanolis. Privalumas yra ir tas, kad kukurūzų pluoštai ir taip yra daugelio žemės ūkio procesų šalutinis produktas, todėl jie yra gausus substratų šaltinis.
Be butanolio gamybos, C. acetobutylicum taip pat yra mokslinių tyrimų dėmesio centre, siekiant gaminti vandenilio dujas kaip alternatyvų energijos šaltinį. Vandenilio dujos ne tik turi daug energijos, bet ir gali būti labai naudingos kaip alternatyva benzinui, ypač dėl to, kad nesusidaro anglies dioksido ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Šiuo metu didžioji dalis vandenilio dujų gaminama iš neatsinaujinančių šaltinių, todėl alternatyvus gamybos būdas naudojant fermentacijos procesus būtų labai vertingas. Todėl naujausiuose Clostridium acetobutylicum tyrimuose nagrinėjami įvairūs fermentacijos procesai, siekiant ištirti geresnę vandenilio dujų gamybą. Iki šiol kaip gamybos galimybė buvo pateiktas trikampio sluoksnio reaktorius. Šiame reaktoriuje kaip substratas naudojama gliukozė, tačiau kol kas pagaminama tik nedaug vandenilio dujų, kad būtų galima jas naudoti pramoniniais tikslais. Tačiau, jei metodas bus toliau tobulinamas, trikampio sluoksnio reaktorius gali būti laikomas galimu gamybos įrankiu ateityje.