Hvad er Clostridium acetobutylicum-bakterier?
Clostridium acetobutylicum er en gram-positiv bakterie, der tilhører slægten i Clostridia. Da bakterien er i stand til at producere butanol og acetone ved hjælp af enzymer (fermentativ), har den en særlig bioteknologisk betydning. C. acetobutylicum-bakterier forekommer primært i sedimenter i vandområder, jord, men også i mange andre levesteder. Hos mange organismer kan C. acetobutylicum-bakterien også påvises i tarmfloraen. Som mange closteridier klassificeres bakterien derfor som allestedsnærværende, dvs. den antages at forekomme overalt.
Hvad er kendetegnene for Clostridium acetobutylicum-bakterier?
Clostridium acetobutylicum er en gram-positiv bakterie, der består af et cirkulært kromosom og et cirkulært plasmid. Som anaerob bakterie kræver Clostridium acetobutylicum en iltfri base for at kunne danne formeringsceller. Under aerobe forhold er bakterien i stand til at danne endosporer efter kun få timer. Disse kan endda overleve i flere år i iltrige substrater. Under anaerobe forhold er de så igen i stand til at danne endosporer. Bakterien tilhører slægten af Clostridia og kan aktivt bevæge sig rundt takket være sine flageller og er klassificeret som allestedsnærværende. Clostridium acetobutylicum-bakterien er i stand til at nedbryde sukkerstoffer (saccharolytisk) og producere forskellige kommercielt værdifulde produkter . Disse omfatter først og fremmest stofferne acetone, butanol og ethanol.
Hvornår blev Clostridium acetobutylicum-bakterien først isoleret?
Bakterien blev først isoleret mellem 1912 og 1914 af Chaim Weizmann. Weizmann dyrkede Clostridium acetobutylicum-bakterierne i en proces, som han kaldte ABE-metoden. Denne metode skulle først og fremmest tjene ham til fremstilling af stofferne acetone, butanol og ethanol. Under Første Verdenskrig blev disse produkter anvendt til fremstilling af TNT, men også til fremstilling af krudt. Især i 1950'erne blev ABE-metoden anvendt i stor udstrækning. På grund af krisen omkring fossile brændstoffer forskes der i øjeblikket i brugen af ABE-metoden til at identificere nye petrokemiske processer.
Hvor farligt er Clostridium acetobutylicum?
Clostridium acetobutylicum-bakterien er fuldstændig uskadelig for både planter og dyr. Selv om bakterien er blevet påvist i menneskets tyktarm, kan den ikke betragtes som en del af den normale menneskelige flora. Den synes dog ikke at være giftig for pattedyr, medmindre den er til stede i enorme mængder .
Hvordan anvendes Clostridium acetobutylicum-bakterier i bioteknologi?
Siden det 20. århundrede har Clostridium acetobutylicum-bakterier spillet en vigtig rolle i bioteknologien. Den acetone, som bakterierne kan fremskaffe, er nødvendig til fremstilling af syntetisk gummi. University of Manchester ansatte Chaim Weizmann til at arbejde med fermentering, dvs. mikrobiel omdannelse af organisk materiale ved hjælp af svampe og probiotiske bakterier. I løbet af sit arbejde i perioden 1912-1914 lykkedes det Weizmann at sin såkaldte ABE-metode at isolere flere stammer, hvoraf Clostridium acetobutylicum blev kendt. Sammenlignet med de hidtil kendte fermenteringsmetoder havde Weizmanns ABE-metode den fordel, at den var mere effektiv.
Som følge af udbruddet af Første Verdenskrig steg efterspørgslen efter acetone dramatisk. Det blev bl.a. brugt til fremstilling af røgfrit krudt (cordit). Selv om der næsten ikke var behov for acetone efter afslutningen af Første Verdenskrig , var butanol nu efterspurgt som opløsningsmiddel i produktionen af maling til bilindustrien. Indtil da havde butanol været et affaldsprodukt fra fremstillingen af acetone . I takt med at bilindustrien voksede i 1920'erne, steg også efterspørgslen efter butanol.
Da olieindustrien udviklede sig utroligt hurtigt i slutningen af 1950'erne og 1960'erne, og prisen på fermentering steg samtidig, kunne den ABE-metode, som Weizmann opfandt, ikke konkurrere med den petrokemiske produktion . I 1957 var de fleste fermenteringsanlæg blevet lukket. Da prisen på olie imidlertid er steget støt, er der nu forslag om at genoverveje fermentering med henblik på fremstilling af industrielle opløsningsmidler.
Den aktuelle forskningsstatus for Clostridium acetobutylicum
Især butanol, men også ethanol som fermenteringsprodukter fra Clostridium acetobutylicum, er blevet undersøgt særlig intensivt i de seneste år som en mulig alternativ brændstofkilde til biler. Butanol har den fordel i forhold til ethanol, at det udleder færre emissioner men har også en højere effektivitet. I en undersøgelse fra år 2006 blev der foreslået butanolfermentering ved hjælp af en ny patenteret proces, og man ønskede således at erstatte den ABE-metode, der hidtil havde været almindelig. Den nye produktionsproces indebærer anvendelse af majsfibre (herunder især xylem) til at erstatte C. acetobutylicum som substrat og dermed producere mere omkostningseffektiv butanol. Fordelen her er også , at majsfibre alligevel er et biprodukt af mange landbrugsprocesser og derfor udgør en rig substratkilde.
Ud over produktionen af butanol er C. acetobutylicum også i fokus for forskningens interesse for produktion af brintgasproduktion som en alternativ energikilde. Brintgas indeholder ikke blot store mængder energi, men kan også være yderst nyttigt som et alternativ til benzin , især fordi det ikke producerer kuldioxid eller drivhusgasser . I øjeblikket produceres det meste brintgas fra ikke-fornyelige kilder, så en alternativ produktionsmetode, der anvender fermenteringsprocesser, ville være yderst værdifuld. Nyere forskning i Clostridium acetobutylicum undersøger derfor forskellige fermenteringsprocesser med henblik på at undersøge en forbedret produktion af brintgas. Hidtil har man fremlagt en trickle bed-reaktor som en produktionsmulighed. trickle bed-reaktoren anvender glukose som substrat, men producerer indtil videre kun lidt brintgas til industriel anvendelse . Hvis metoden videreudvikles, kan en trickle bed-reaktor dog ses som et muligt produktionsværktøj for fremtiden.