Američtí vědci zjistili, jak vzniká přírodní toluen. Zdroj může být alternativou ropných produktů

Nový obnovitelný zdroj by se podle něj mohl stát alternativou k široce využívanému ropnému produktu, který se přidává do benzínu kvůli zvýšení oktanového čísla. Ve světě se ročně prodá na 29 milionů tun toluenu.

Náhrada ropných výrobků

Stejně jako badatelé v oboru biopaliv jinde na světě, i vědci z Ústavu pro společný výzkum energetických plodin se soustředí hlavně na výrobu průmyslově a komerčně využitelných pohonných hmot a chemikálií z obnovitelných zdrojů. Například lignocelulózovou biomasou chtějí nahradit ropné výrobky. Enzym objevený nynější studií úplně poprvé umožní výrobu toluenu s využitím bakterií a de facto i první mikrobiální produkci biopaliva na bázi aromatických uhlovodíků.

Objev enzymu vychází z intenzivního výzkumu dvou různých společenstev bakterií, které toluen produkují. Jednu našli vědci v jezerních sedimentech, druhá pocházela z kalu z čistíren odpadních vod. Pro odborníky na biotechnologie není hledání enzymů v přírodě neobvyklé. Vědí totiž, že mikroby jsou přirozeným zdrojem těchto látek, které řídí velmi různorodé množství chemických reakcí, vysvětluje server Phys.org.

Neobjevené reakce

Vedoucí týmu Harry Beller se rozhodl zkoumat přírodní toluen po přečtení zpráv z 80. let. Ty upozorňovaly, že látku produkují bakterie v jezerních sedimentech, kam neproniká kyslík. Od té doby o výrobě toluenu bakteriemi vyšlo několik studií. Enzym, který tuto biochemicky náročnou reakci řídí, ale zůstal celá desetileté neodhalen.

Nově objevené činidlo dostalo název fenylacetát dekarboxyláza a bylo zařazeno do skupiny enzymů označované zkratkou GRE. Reakce, které řídí, byly poprvé objeveny v 80. letech, od té doby jde teprve o osmý popsaný případ. Podle Phys.org vědecká studie i další indicie dokládají, že v přírodě by podobných reakcí mohlo být ještě víc.

Vedoucí týmu Harry Beller se rozhodl zkoumat přírodní toluen po přečtení zpráv z 80. let. Ty upozorňovaly, že látku produkují bakterie v jezerních sedimentech, kam neproniká kyslík|foto: Fotobanka Profimedia

Hledání zdroje bylo výpravné

Enzymy GRE jsou velmi silná činidla a to jim umožňuje katalyzovat tak chemicky náročné reakce, jako je výroba přírodního toluenu. Řada látek z téže skupiny má vliv na lidské zdraví a je součástí mikrobiálního osazenstva našeho střeva. Objevit daný enzym bylo však náročné i netradiční, upozorňuje populárně-naučný portál.

Vědci totiž nejdříve pracovali s bakteriálními druhy, o nichž se tušilo, že toluen vyrábějí. Výsledky starších studií se jim ale nepodařilo zopakovat. Teprve pak se zaměřili na bakteriální kultury z kalů z městských čistíren odpadních vod a na usazeniny v jezerech, k nimž neproniká kyslík.

Výzkumník Beller připouští, že objevit jakýkoliv enzym je náročné. Ale přejít od hledání mezi jednotlivými bakteriálními druhy k výzkumu komplexních mikrobiálních společenstev z čistírenských kalů či jezerních sedimentů bylo ještě mnohem těžší. „Pátrat při této studii po enzymu, který vyrábí toluen, bylo jako hledat jehlu v kupce sena,“ říká vědec.

Velká výzva s mnoha překážkami

Odborníci enzym hledali mezi stovkami tisíc kandidátů. V každém ze zkoumaných bakteriálních společenstev napočítali přes 300 tisíc genů, což by odpovídalo více než 50 druhům mikrobů. Obtížné také bylo, že tyto bakterie žijí v prostředí bez kyslíku a to museli striktně dodržet i vědci, když pracovali s jejich produkty, respektive enzymy.

Autor článku na serveru Phys.org za fascinující považuje otázku, proč vlastně bakterie přírodní toluen vyrábějí. Výzkumníci na ni zatím nedali definitivní odpověď, přicházejí ale se dvěma hypotézami. První je možnost, že bakterie toluen v prostředí, kde žijí, používají jako jed proti jiným mikrobům. Druhá hypotéza zní, že si s jeho pomocí upravují své vnitřní pH, a snaží se tak zřejmě přežít v kyselém prostředí, ve kterém probíhá kvašení.