Новое топливо из бактерий будет эффективнее ракетного

Ископаемое топливо — нефть, газ, уголь — позволяет автомобилям ездить, самолетам — летать, а судам — пересекать океаны. Однако его добыча, переработка и использование наносят немалый вред окружающей среде. Один из способов снизить этот вред — сделать топливо эффективнее, так, чтобы сжигание того же количества приносило больше энергии. Такое топливо нашлось у обычных почвенных бактерий — как и ферменты, с помощью которых его можно производить. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале Joule.

«В химии все, что требует энергии для получения, выделяет энергию при распаде», — говорит Пабло Круз–Моралес (Pablo Cruz-Morales), один из авторов новой работы. Именно поэтому биологи обратили внимание на необычные молекулы, которые синтезируют некоторые бактерии. Речь об органических соединениях, несущих дополнительный «довесок» в виде нескольких треугольных структур циклопропана — полициклопропанированных жирных кислотах. В отличие от циклов, включающих пять или шесть атомов углерода (как в бензоле), эти трехчленные циклы напряженные и требуют немалых усилий для получения. Благодаря этому они несут исключительно много энергии.

Плотность и теплота сгорания некоторых видов традиционного топлива и эфиров, содержащих треугольные структуры циклопропана / © Cruz-Morales et al., 2022

Такие треугольные структуры циклопропана — большая редкость. Изучив известные геномы бактерий, которые производят такие молекулы, ученые определили белки, синтезирующие структуры циклопропана, — ферменты из семейства поликетидсинтаз (ПКС). Особенное внимание привлекли стрептомицеты, которые получают джосамицин (jawsamycin), используя его для борьбы с грибками. Джосамицин назван в честь культового кинотриллера «Челюсти» (Jaws), поскольку включает сразу несколько треугольных циклов, напоминающих акульи зубы, а все вместе — челюсть.

Авторам удалось модифицировать белок ПКС, повысив его производительность более чем в 20 раз и превратив микробов в «живые фабрики» джосамицина. По их оценкам, такое топливо может быть на порядки эффективнее существующего: плотность энергии его достигает 50 мегаджоулей на литр — больше, чем у любого используемого сегодня топлива, включая ракетное. Но пока ученые заняты масштабированием процесса, пытаясь наладить хотя бы экспериментальное производство.