Các thử nghiệm đã được tiến hành ở Kansas về phương pháp "xanh" sản xuất succinat, thành phần quan trọng của nhiều loại chất dẻo, thuốc, dung môi và phụ gia thực phẩm. Công nghệ được phát triển tại trường Đại học Rice University này sử dụng dạng biến đổi di truyền của vi khuẩn E. coli để chuyển hóa glucose và sản xuất succinat gần như tinh khiết.
Việc tìm ra phương pháp "xanh" (phương pháp thân thiện môi trường) để sản xuất các chất hóa học trung gian chủ chốt như succinat là một ưu tiên cao đối với ngành công nghiệp hóa chất. Các công nghệ "xanh" sử dụng các nguồn nguyên liệu tái tạo được như cây nông nghiệp, mà không phải là các nhiên liệu hóa thạch không tái tạo được, và chúng tạo ra ít phế thải hơn.
Nhà đồng sáng tạo ra quy trình mới này, Giáo sư và là Chủ nhiệm khoa sinh hóa và sinh học tế bào ở Đại học Rice, George Bennett, cho biết, succinat là hóa chất được ưu tiên cao mà Bộ Năng lượng Mỹ đã lựa chọn cho tổng hợp sinh học. Một lý do là succinat có phạm vi ứng dụng rộng rãi, có thể sử dụng để chế tạo nhều sản phẩm như sản phẩm khử băng không gây ăn mòn đường băng ở sân bay và các dung môi không độc cho chất dẻo, thuốc và phụ gia thực phẩm. Succinat cũng được ưu tiên vì một số vi khuẩn tạo ra chất này một cách tự nhiên, do đó chúng ta có vị trí để bắt đầu chuyển hóa cho quá trình lên men ở quy mô lớn.
Yếu tố cơ bản của công nghệ sản xuất succinat của Đại học Rice là dạng đột biến của vi khuẩn E. coli, tạo ra succinat như là sản phẩm phụ chuyển hóa duy nhất. Vi khuẩn này có khoảng nửa tá dạng biến thể di truyền. Chúng được các nhóm nghiên cứu của Bennett và cộng sự là Ka-Yiu San, Giáo sư về Kỹ thuật sinh học và Kỹ thuật sinh học phân tử và hóa học tạo ra trong vòng 4 năm qua.
Công nghệ đã tiến tới bước đầu tiên từ phòng thí nghiệm đưa ra thị trường với việc bắt đầu những nỗ lực nâng câp ở quy mô công nghiệp ở Kansas. Những nỗ lực này là kết quả của tài trợ trị giá 80.000 USD từ Chương trình Nghiên cứu Đổi mới Doanh nghiệp Nhỏ của Bộ Nông nghiệp Mỹ. Bennett và San đã hợp tác với Hãng Manhattan, AgRenew Inc. ở Kansas, bắt đầu thử nghiệm sử dụng các sản phẩm trồng trọt như lúa miến làm nguồn thức ăn cho vi khuẩn sản sinh ra succinat.
Nhà khoa học - nghiên cứu chính cho AgRenew, Pravên Vadlani, cho biết rất hài lòng khi có cơ hội tiếp tục hợp tác với các cộng sự từ Đại học Rice và tiếp tục phát triển và thương mại hóa công nghệ sản xuất succinat. Các nhà nghiên cứu phấn khích vì triển vọng dự án này mang lại đáp ứng nhu cầu lợi ích của cả các viện nghiên cứu và ngành nông nghiệp của Mỹ. Các nhà nghiên cứu cũng đánh giá cao sự hỗ trợ của Bộ Nông nghiệp Mỹ cho công trình nghiên cứu này để tạo ra sản phẩm có giá trị cao từ ngành nông nghiệp.
Nhiều nhà nghiên cứu đang tìm cách tạo ra đột biến vi khuẩn sản sinh ra succinat. Các nhà nghiên cứu sử dụng công nghệ sinh học để ghép các gen tăng cường sản xuất succinat hoặc loại bỏ các gen cản trở quá trình này. Mục đích là tối đa hóa tốc độ chuyển hóa và năng suất succinat được tạo ra tính trên khối lượng glucose được chuyển hóa.
Loại vi khuẩn của Benett và San, chỉ được biết dưới ký hiệu SBS550MG, có chứa yếu tố kỹ thuật chuyển hóa "thông minh" cho phép sản xuất succinat theo hai phương pháp khác nhau. Một phương pháp sử dụng dòng hoang dã (tự nhiên) của E. coli và được biến đổi bằng cách loại bỏ 4 gen, mõi một gen này mã hóa một proetin can thiệp vào hoặc hạn chế khả năng của E. coli biến đổi glucose thành succinat. Bennett và San đã hoạt hóa một con đường chuyển hóa thứ hai và kích thích sự sản sinh succinat bằng cách đưa thêm các gen vào từ vi khuẩn Lactoccocus và lúa miến.
Mỗi một phương pháp di truyền nói trên chuyển hóa glucose và sản sinh ra succinat thông qua các phản ứng hóa học khác nhau. Điều này có nghĩa là hai phương pháp không cạnh tranh với nhau hoặc can thiệp làm ảnh hưởng đến nhau. Thực tế, Benett và San đã thiết kế các phương pháp để có khả năng ưu tiên hơn, tuy nhiên, ngay cả khi như vậy, Bennett và San rất hài lòng nhận thấy quy trình này hoạt động rất tốt khi cả hai phương pháp đều được áp dụng. San cho biết, các thí nghiệm của họ trong phòng thí nghiệm đã đạt năng suất gần đến mức tối đa, với việc hầu hết glucose được chuyển hóa thành succinat. Việc thực hiện thực tế đã dễ dàng hơn là các nhà nghiên cứu dự đoán vì các tế bào đã tự thực hiện sự cân bằng.
Theo Bennett và San, họ sẽ tiếp tục tinh chỉnh vi khuẩn để tạo được năng suất cao hơn và ìt sản phẩm phụ hơn.
(Tech Monitor, 10/2005)
*******