3D-печатные живые клетки преобразуют глюкозу в этанол

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) получили 3D напечатанные живые клетки, которые превращают глюкозу в этанол и газообразный диоксид углерода (CO₂ ), вещество, напоминающее пиво, демонстрируя технологию, которая может привести к высокой биокаталитической эффективности.

Биопечать живых клеток млекопитающих в сложные трехмерные каркасы широко изучалась и демонстрировалось для различных применений: от регенерации тканей до открытия лекарств и клинической реализации. В дополнение к клеткам млекопитающих растет интерес к печати функциональных микробов в качестве биокатализаторов.

Микробы широко используются в промышленности для преобразования источников углерода в ценные химические вещества конечного продукта, которые применяются в пищевой промышленности, производстве биотоплива, переработке отходов и биоремедиации. Использование живых микроорганизмов вместо неорганических катализаторов имеет преимущества мягких условий реакции, самовосстановления, низкой стоимости и каталитической специфичности.

3D напечатанные живые дрожжевые клетки на решетках рядом с четверть монеты

Команда LLNL 3D напечатала живые дрожжевые клетки на решетках.

Новое исследование, которое появляется как статья выбора редактора ACS в журнале Nano Letters ( «Прямая запись настраиваемых живых чернил для интенсификации биологических процессов» ), показывает, что аддитивное производство живых цельных клеток может помочь в исследованиях микробного поведения, связь, взаимодействие с микроокружением и для новых биореакторов с высокой объемной производительностью.

В тематическом исследовании команда напечатала лиофилизированные живые биокаталитические дрожжевые клетки (Saccharomyces cerevisiae) в пористых трехмерных структурах. Уникальная инженерная геометрия позволила клеткам очень эффективно преобразовывать глюкозу в этанол и CO2 и аналогично тому, как дрожжи сами по себе могут использоваться для приготовления пива. Благодаря этому новому био-чернильному материалу печатные структуры являются самонесущими, с высоким разрешением, перестраиваемыми плотностями ячеек, крупными масштабами, высокой каталитической активностью и долговременной жизнеспособностью. Что еще более важно, если используются генетически модифицированные дрожжевые клетки, также могут производиться ценные фармацевтические препараты, химикаты, пищевые продукты и биотопливо.

«По сравнению с объемными пленочными аналогами печатные решетки с тонкой нитью и макропорами позволили нам добиться быстрого массопереноса, что привело к увеличению производства этанола в несколько раз», – говорит научный сотрудник LLNL Фанг Цянь, ведущий и соответствующий автор статьи. , «Наша система чернил может быть применена ко многим другим каталитическим микробам для удовлетворения широких потребностей применения. Биопечатаемые трехмерные геометрии, разработанные в этой работе, могли бы послужить универсальной платформой для интенсификации процессов массива процессов биоконверсии с использованием разнообразных микробных биокатализаторов для производства ценных продуктов или применений биоремедиации ».

Другие исследователи Ливермора включают Чэн Чжу, Дженнифер Кнайп, Саманту Руелас, Джошуа Столарофф, Джошуа ДеОт, Эрика Дуосса, Кристофера Спадаччини и Сару Бейкер. Эта работа была проведена в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемой энергии.

«Есть несколько преимуществ для иммобилизации биокатализаторов, включая возможность непрерывных процессов конверсии и упрощение очистки продукта», – сказал химик Бейкер, другой соответствующий автор статьи. «Эта технология дает контроль над плотностью клеток, размещением и структурой в живом материале. Возможность настройки этих свойств может быть использована для повышения производительности и урожайности. Кроме того, материалы, содержащие такие высокие плотности ячеек, могут приобретать новые, неисследованные полезные свойства, потому что ячейки составляют большую часть материалов».

«Это первая демонстрация 3D-печати с иммобилизованными живыми клетками для создания химических реакторов», – сказал инженер Дуос, соавтор статьи. «Такой подход обещает сделать производство этанола быстрее, дешевле, чище и эффективнее. Теперь мы расширяем концепцию, исследуя другие реакции, в том числе комбинируя печатные микробы с более традиционными химическими реакторами, чтобы создать «гибридные» или «тандемные» системы, которые открывают новые возможности ».

Источник: www.nanowerk.com