Vad är Clostridium acetobutylicum-bakterier?
Clostridium acetobutylicum är en grampositiv bakterie som kommer från släktet av Clostridia. Eftersom bakterien kan producera butanol och aceton med hjälp av enzymer (fermentativ) har den en särskild bioteknologisk betydelse. C. acetobutylicum-bakterier förekommer främst i sediment från vattendrag, jordar, men även i många andra livsmiljöer. Hos många organismer kan C. acetobutylicum-bakterien också påvisas i tarmfloran. I likhet med många closteridier klassificeras bakterien därför som ubiquitous, dvs. den antas förekomma överallt.
Vad kännetecknar bakterien Clostridium acetobutylicum?
Clostridium acetobutylicum är en grampositiv bakterie som består av en cirkulär kromosom och en cirkulär plasmid. Som en anaerob bakterie kräver Clostridium acetobutylicum en syrefri bas för att bilda reproduktiva celler. Under aeroba förhållanden kan bakterien bilda endosporer efter bara några timmar. Dessa kan till och med överleva i flera år i syrerika substrat. Under anaeroba förhållanden kan de sedan återigen bilda endosporer. Bakterien tillhör släktet av Clostridia och kan förflytta sig aktivt tack vare sina flageller och klassificeras som allmänt förekommande. Bakterien Clostridium acetobutylicum kan bryta ner socker (sackarolytisk) samt producera olika kommersiellt värdefulla produkter . Hit hör framför allt ämnena aceton, butanol och etanol.
När isolerades bakterien Clostridium acetobutylicum för första gången?
Bakterien isolerades första gången mellan 1912 och 1914 av Chaim Weizmann. Weizmann odlade bakterien Clostridium acetobutylicum i en process som han kallade ABE-metoden. Denna metod skulle han främst använda för att framställa ämnena aceton, butanol och etanol. Under första världskriget användes dessa produkter för framställning av TNT, men även för framställning av krut. Särskilt på 1950-talet användes ABE-metoden i stor utsträckning. På grund av krisen kring fossila bränslen bedrivs för närvarande forskning om användningen av ABE-metoden för att identifiera nya petrokemiska processer.
Hur farligt är Clostridium acetobutylicum?
Bakterien Clostridium acetobutylicum är helt ofarlig för både växter och djur. Även om bakterien har påvisats i människans tjocktarm, kan den inte betraktas som en del av den normala människoflora. Den verkar dock inte vara giftig för däggdjur om den inte förekommer i enorma mängder .
Hur används Clostridium acetobutylicum-bakterier inom biotekniken?
Sedan 1900-talet har Clostridium acetobutylicum-bakterier spelat en viktig roll inom biotekniken. Det aceton som kan utvinnas av bakterien behövs för framställning av syntetiskt gummi. University of Manchester anställde Chaim Weizmann för att arbeta med fermentering, dvs. den mikrobiella omvandlingen av organiskt material med hjälp av svampar och probiotiska bakterier. Under sitt arbete mellan 1912 och 1914 lyckades Weizmann med sin så kallade ABE-metod isolera flera stammar, av vilka Clostridium acetobutylicum blev känd. Jämfört med de hittills kända fermenteringsmetoderna erbjöd Weizmanns ABE-metod fördelen med ökad effektivitet.
På grund av utbrottet av första världskriget ökade efterfrågan på aceton kraftigt. Det användes bland annat för tillverkning av rökfritt krut (kordit). Även om det knappast fanns något behov av aceton efter första världskrigets slut , efterfrågades nu butanol som lösningsmedel vid tillverkningen av lacker för bilindustrin. Fram till dess hade butanol varit en restprodukt från tillverkningen av aceton . I takt med att bilindustrin växte under 1920-talet ökade också efterfrågan på butanol.
Eftersom petroleumindustrin utvecklades i en otrolig takt i slutet av 1950-talet och 1960-talet, och priset på fermentering ökade samtidigt, kunde ABE-metoden som Weizmann uppfunnit inte konkurrera med petrokemisk produktion . År 1957 hade de flesta av fermenteringsanläggningarna lagts ned. Men eftersom priset på petroleum har stigit kontinuerligt, finns det nu metoder för att ompröva fermentering för produktion av industriella lösningsmedel.
Aktuellt forskningsläge om Clostridium acetobutylicum
Framför allt butanol, men även etanol som fermentationsprodukter från Clostridium acetobutylicum, har undersökts särskilt intensivt under de senaste åren som en möjlig alternativ bränslekälla för bilar. Butanol har fördelen jämfört med etanol att den ger lägre utsläpp men har också en högre verkningsgrad. En studie från år 2006 föreslog butanoljäsning genom en ny patenterad process och ville därmed ersätta den ABE-metod som dittills varit vanlig. Den nya produktionsprocessen innebär att majsfibrer (framför allt xylem) används för att ersätta C. acetobutylicum som substrat och därmed producera mer kostnadseffektiv butanol. Fördelen här är också att majsfibrer ändå är en biprodukt från många jordbruksprocesser och därför utgör en rik substratkälla.
Förutom produktionen av butanol är C. acetobutylicum också i fokus för forskningsintresset för produktionen av vätgasproduktion som en alternativ energikälla. Vätgas har inte bara en stor mängd energi, utan kan också vara mycket användbar som ett alternativ till bensin , särskilt eftersom den inte producerar koldioxid eller växthusgaser . För närvarande produceras den mesta vätgasen från icke-förnybara källor, så en alternativ produktionsmetod som använder fermenteringsprocesser skulle vara extremt värdefull. Ny forskning om Clostridium acetobutylicum tittar därför på olika fermenteringsprocesser för att undersöka förbättrad produktion av vätgas. Hittills har en trickle bed-reaktor presenterats som ett produktionsalternativ. trickle bed-reaktorn använder glukos som substrat, men producerar hittills bara lite vätgas för att kunna använda den för industriella ändamål. Men om metoden vidareutvecklas kan en trickle bed ses som ett möjligt produktionsverktyg för framtiden.