Ce sunt bacteriile Clostridium acetobutylicum?

Clostridium acetobutylicum este o bacterie gram-pozitivă care provine din genul din Clostridia. Deoarece bacteria este capabilă să producă butanol și acetonă prin intermediul enzimelor (fermentative), aceasta are o importanță biotehnologică deosebită . Bacteria C. acetobutylicum se găsește în principal în sedimentele corpurilor de apă, în soluri, dar și în multe alte habitate. La multe organisme, bacteria C. acetobutylicum poate fi detectată, de asemenea, în flora intestinală. La fel ca multe closteridii, bacteria este, prin urmare, clasificată ca fiind ubicuă, adică se presupune că este prezentă peste tot.

Care sunt caracteristicile bacteriei Clostridium acetobutylicum?

Clostridium acetobutylicum este o bacterie gram-pozitivă formată din un cromozom circular și o plasmidă circulară. Fiind o bacterie anaerobă , Clostridium acetobutylicum are nevoie de o bază lipsită de oxigen pentru a forma celule reproductive. În condiții aerobe, bacteria este capabilă să formeze endospori după numai câteva ore. Acestea pot persista chiar și câțiva ani în substraturi bogate în oxigen. În condiții anaerobe , acestea sunt apoi din nou capabile să formeze endospori. Aparținând genului din Clostridia, bacteria se poate deplasa în mod activ datorită flagelului său și este clasificată ca fiind ubicuă. Bacteria Clostridium acetobutylicum este capabilă să descompună zaharurile (zaharolitic), precum și să producă diverse produse valoroase din punct de vedere comercial . Printre acestea se numără mai ales substanțele acetonă, butanol și etanol.

Când a fost izolată pentru prima dată bacteria Clostridium acetobutylicum?

Bacteria a fost izolată pentru prima dată între 1912 și 1914 de către Chaim Weizmann. Weizmann a cultivat bacteria Clostridium acetobutylicum printr-un proces pe care l-a numit metoda ABE. Această metodă avea să îi servească în principal pentru producerea substanțelor acetonă, butanol și etanol. În timpul Primului Război Mondial, aceste produse au fost utilizate pentru producerea TNT, dar și pentru producerea de praf de pușcă. În special în anii 1950, metoda ABE a fost utilizată pe scară largă. În prezent, din cauza crizei din jurul combustibililor fosili, se desfășoară cercetări privind utilizarea metodei ABE pentru a identifica noi procese petrochimice.

Cât de periculos este Clostridium acetobutylicum?

Bacteria Clostridium acetobutylicum este complet inofensivă atât pentru plante, cât și pentru animale. Deși bacteria a fost detectată în colonul uman, nu poate fi considerată ca făcând parte din flora umană normală . Cu toate acestea, nu pare să fie toxică pentru mamifere decât dacă este prezentă în cantități enorme .

Cum sunt utilizate bacteriile Clostridium acetobutylicum în biotehnologie?

Începând cu secolul XX, bacteriile Clostridium acetobutylicum au jucat un rol important în biotehnologie. Acetona care poate fi obținută de către bacteriile este necesară pentru producția de cauciuc sintetic. Universitatea din Manchester l-a angajat pe Chaim Weizmann pentru a lucra la fermentație, adică la conversia microbiană a materiei organice de către ciuperci și bacterii probiotice. În timpul activității sale din perioada 1912-1914, Weizmann a reușit prin așa-numita metodă ABE să izoleze mai multe tulpini, dintre care a devenit cunoscută Clostridium acetobutylicum. În comparație cu metodele de fermentare cunoscute până atunci, metoda ABE a lui Weizmann oferea avantajul unei eficiențe sporite.

Din cauza izbucnirii Primului Război Mondial, cererea de acetonă a crescut dramatic. Printre altele, aceasta a fost utilizată pentru producerea de praf de pușcă fără fum (cordita). Deși nu a mai fost aproape deloc nevoie de acetonă după încheierea Primului Război Mondial , butanolul era acum solicitat ca solvent în producția de vopsele pentru industria auto. Până atunci, butanolul fusese un produs rezidual rezultat din producția de acetonă . Pe măsură ce industria automobilelor s-a dezvoltat în anii 1920, a crescut și cererea de butanol.

Pe măsură ce industria petrolieră s-a dezvoltat într-un ritm incredibil la sfârșitul anilor 1950 și în anii 1960, iar prețul fermentației a crescut în același timp, metoda ABE inventată de Weizmann nu a putut concura cu producția petrochimică . Până în 1957, majoritatea instalațiilor de fermentare au fost închise. Cu toate acestea, deoarece prețul petrolului a crescut continuu, există acum abordări pentru a regândi fermentarea pentru producția de solvenți industriali .

Stadiul actual al cercetării asupra Clostridium acetobutylicum

În special butanolul, dar și etanolul, ca produse de fermentație ale Clostridium acetobutylicum, au fost investigate deosebit de intens în ultimii ani ca posibile surse alternative de combustibil pentru automobile . Butanolul are avantajul față de etanol de a emite mai puține emisii , dar și de a avea un randament mai ridicat. Un studiu din anul 2006 propunea fermentarea butanolului printr-un nou proces patentat și dorea astfel să înlocuiască metoda ABE, care fusese obișnuită până atunci. Noul proces de producție presupune utilizarea fibrelor de porumb (aceasta include în special xilemul) pentru a înlocui C. acetobutylicum ca substrat și a produce astfel butanol mai rentabil. Avantajul în acest caz este, de asemenea, faptul că fibrele de porumb sunt oricum un subprodus al multor procese agricole și, prin urmare, reprezintă o sursă bogată de substrat .

Pe lângă producția de butanol , C. acetobutylicum este, de asemenea, în centrul interesului de cercetare pentru producția de hidrogen gazos ca sursă de energie alternativă. Hidrogenul gazos nu numai că are o cantitate mare de energie, dar ar putea fi, de asemenea, extrem de util ca alternativă la benzină , mai ales că nu produce dioxid de carbon sau gaze cu efect de seră . În prezent, cea mai mare parte a hidrogenului gazos este produs din surse neregenerabile, astfel încât o metodă alternativă de producție care să utilizeze procese de fermentare ar fi extrem de valoroasă. Cercetările recente asupra Clostridium acetobutylicum analizează, prin urmare, diferite procese de fermentare pentru a studia îmbunătățirea producției de hidrogen gazos . Până în prezent, un reactor cu pat de picurare a fost prezentat ca o opțiune de producție. Reactorul cu pat de picurare utilizează glucoza ca substrat, dar până în prezent produce doar puțin hidrogen gazos pentru a putea fi utilizat în scopuri industriale . Cu toate acestea, în cazul în care metoda este dezvoltată în continuare, un pat de picurare poate fi considerat un posibil instrument de producție pentru viitor.