Kaj so bakterije Clostridium acetobutylicum?
Clostridium acetobutylicum je grampozitivna bakterija iz rodu iz skupine Clostridia. Ker je bakterija sposobna proizvajati butanol in aceton s pomočjo encimov (fermentativno), ima poseben biotehnološki pomen. Bakterije C. acetobutylicum se pojavljajo predvsem v sedimentih vodnih teles, tleh, pa tudi v številnih drugih bivališčih. Pri mnogih organizmih lahko bakterijo C. acetobutylicum zaznamo tudi v črevesni flori. Tako kot mnoge klosteridije je tudi ta bakterija uvrščena med vseprisotne, kar pomeni, da naj bi se pojavljala povsod.
Katere so značilnosti bakterije Clostridium acetobutylicum?
Clostridium acetobutylicum je grampozitivna bakterija, sestavljena iz krožnega kromosoma in krožnega plazmida. Kot anaerobna bakterija potrebuje Clostridium acetobutylicum brezkislinsko podlago, da lahko tvori razmnoževalne celice. V aerobnih razmerah lahko bakterija že po nekaj urah tvori endospore. Te se lahko v s kisikom bogatih podlagah ohranijo tudi več let. V anaerobnih razmerah so nato spet sposobne tvoriti endospore. Bakterija, ki spada v rod klostridij, se lahko zaradi svojih bičkov aktivno giblje in jo uvrščamo med vseprisotne bakterije. Bakterija Clostridium acetobutylicum lahko razgrajuje sladkorje (saharolitično) in proizvaja različne komercialno dragocene izdelke . Ti vključujejo predvsem snovi aceton, butanol in etanol.
Kdaj je bila bakterija Clostridium acetobutylicum prvič izolirana?
Bakterijo je med letoma 1912 in 1914 prvič izoliral Chaim Weizmann. Weizmann je bakterijo Clostridium acetobutylicum gojil s postopkom, ki ga je imenoval metoda ABE. Ta metoda naj bi mu služila predvsem za proizvodnjo snovi aceton, butanol in etanol. Med prvo svetovno vojno so bili ti izdelki uporabljeni za proizvodnjo TNT, pa tudi za proizvodnjo strelnega prahu. Metoda ABE se je pogosto uporabljala zlasti v petdesetih letih 20. stoletja. Zaradi krize, ki spremlja fosilna goriva, trenutno potekajo raziskave o uporabi metode ABE za opredelitev novih petrokemičnih postopkov.
Kako nevaren je Clostridium acetobutylicum?
Bakterija Clostridium acetobutylicum je popolnoma neškodljiva za rastline in živali. Čeprav je bila bakterija odkrita v človeškem debelem črevesu, je ne moremo šteti za del normalne človeške flore. Vendar se zdi, da ni strupena za sesalce, razen če je prisotna v ogromnih količinah .
Kako se bakterije Clostridium acetobutylicum uporabljajo v biotehnologiji?
Bakterije Clostridium acetobutylicum imajo od 20. stoletja pomembno vlogo v biotehnologiji. Aceton, ki ga lahko pridobijo bakterije, je potreben za proizvodnjo sintetične gume. Univerza v Manchestru je najela Chaima Weizmanna za delo na področju fermentacije, tj. mikrobiološke pretvorbe organskih snovi s pomočjo gliv in probiotičnih bakterij. Med delom v letih 1912 in 1914 je Weizmannu svojo tako imenovano metodo ABE uspelo izolirati več sevov, med katerimi je postal znan Clostridium acetobutylicum. V primerjavi z doslej znanimi metodami fermentacije je Weizmannova metoda ABE imela prednost večje učinkovitosti.
Zaradi izbruha prve svetovne vojne se je povpraševanje po acetonu močno povečalo. Med drugim so ga uporabljali za proizvodnjo brezdimnega strelnega praška (kordita). Čeprav po koncu prve svetovne vojne potrebe po acetonu skorajda ni bilo več , je bil butanol kot topilo zdaj za proizvodnjo barv za avtomobilsko industrijo zelo iskan. Do takrat je bil butanol odpadni proizvod pri proizvodnji acetona . Z razvojem avtomobilske industrije v dvajsetih letih 20. stoletja se je povečalo tudi povpraševanje po butanolu.
Ker se je naftna industrija v poznih petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja razvijala z neverjetno hitrostjo, cena fermentacije pa se je hkrati zvišala, metoda ABE, ki jo je izumil Weizmann, ni mogla tekmovati s petrokemično proizvodnjo . Do leta 1957 je bila večina fermentacijskih obratov zaprta. Ker pa cena nafte nenehno narašča, se zdaj pojavljajo pristopi k ponovnemu razmisleku o fermentaciji za proizvodnjo industrijskih topil.
Trenutno stanje raziskav o Clostridium acetobutylicum
Zlasti butanol, pa tudi etanol kot produkt fermentacije Clostridium acetobutylicum, se v zadnjih letih posebej intenzivno preučujeta kot možen alternativni gorivo za avtomobile. Prednost butanola pred etanolom je v tem, da povzroča manjše emisije in ima tudi večji izkoristek. Študija iz leta 2006 je predlagala fermentacijo butanola z novim patentiranim postopkom in s tem želela nadomestiti do tedaj običajno metodo ABE. Novi proizvodni postopek vključuje uporabo koruznih vlaken (to vključuje predvsem ksilem), ki kot substrat nadomeščajo C. acetobutylicum in tako proizvajajo cenovno učinkovitejši butanol. Prednost je tudi v tem, da so koruzna vlakna stranski produkt številnih kmetijskih procesov in zato predstavljajo bogat substratni vir.
Poleg proizvodnje butanola je C. acetobutylicum tudi v središču zanimanja raziskovalcev za proizvodnjo vodikovega plina kot alternativnega vira energije. Vodikov plin nima le velike količine energije, ampak bi bil lahko tudi zelo uporaben kot alternativa bencinu , zlasti ker ne proizvaja ogljikovega dioksida ali toplogrednih plinov . Trenutno se večina vodikovega plina proizvaja iz neobnovljivih virov, zato bi bila alternativna proizvodna metoda z uporabo fermentacijskih postopkov izjemno dragocena. Nedavna raziskava o bakteriji Clostridium acetobutylicum zato preučuje različne postopke fermentacije, da bi raziskala izboljšano proizvodnjo vodikovega plina. Doslej je bil kot proizvodna možnost predstavljen reaktor s trikratnim slojem. Reaktor s trikratnim postopkom uporablja glukozo kot substrat, vendar doslej proizvaja le malo vodikovega plina, da bi ga lahko uporabili v industrijske namene. Če pa se bo metoda nadalje razvijala, je mogoče reaktor s troslojno plastjo obravnavati kot možno proizvodno orodje za prihodnost.