Para ilmuwan telah menunjukkan teknologi baru di mana bakteri yang direkayasa secara biologis dapat membuat bahan kimia/polimer yang hemat biaya dari sumber terbarukan tanaman sumber
Lignin merupakan bahan penyusun dinding sel semua tumbuhan lahan kering. Ini adalah polimer alami terbanyak kedua setelah selulosa. Bahan ini merupakan satu-satunya polimer yang terdapat pada tumbuhan yang tidak tersusun dari karbohidrat (gula) monomer. Biopolimer lignoselulosa memberikan bentuk, stabilitas, kekuatan dan kekakuan pada tanaman. Biopolimer lignoselulosa terdiri dari tiga komponen utama: selulosa dan hemiselulosa membentuk kerangka di mana lignin dimasukkan sebagai semacam konektor sehingga memperkuat dinding sel. Lignifikasi dinding sel membuat tanaman tahan terhadap angin dan hama serta membantu mencegah pembusukan. Lignin merupakan sumber energi terbarukan yang luas namun sangat kurang dimanfaatkan. Lignin yang mewakili hingga 30 persen biomassa lignoselulosa adalah kekayaan yang belum dieksploitasi – setidaknya dari sudut pandang kimia. Industri kimia sangat bergantung pada senyawa karbon untuk menghasilkan berbagai produk seperti cat, serat buatan, pupuk, dan yang terpenting plastik. Industri ini memang menggunakan beberapa sumber daya terbarukan seperti minyak nabati, pati, selulosa, dll. Namun sumber daya ini hanya mencakup 13 persen dari seluruh senyawa.
Lignin, alternatif yang menjanjikan untuk minyak bumi untuk membuat produk
Faktanya, lignin merupakan satu-satunya sumber energi terbarukan di muka bumi yang mengandung senyawa aromatik dalam jumlah besar. Hal ini penting karena senyawa aromatik umumnya diekstraksi dari sumber minyak bumi yang tidak terbarukan dan kemudian digunakan untuk memproduksinya plastik, cat dll. Dengan demikian, potensi lignin sangat tinggi. Dibandingkan dengan minyak bumi yang merupakan bahan bakar fosil tak terbarukan, lignoselulosa berasal dari kayu, jerami atau Miscanthus yang merupakan sumber terbarukan. Lignin dapat tumbuh di ladang dan hutan dan umumnya netral terhadap iklim. Lignoselulosa sedang dipertimbangkan sebagai alternatif serius pengganti minyak bumi dalam beberapa dekade terakhir. Minyak bumi menggerakkan industri kimia saat ini. Minyak bumi merupakan bahan mentah untuk banyak bahan kimia dasar yang kemudian digunakan untuk menghasilkan produk yang bermanfaat. Namun minyak bumi merupakan sumber daya tak terbarukan dan jumlahnya semakin berkurang, oleh karena itu kita perlu fokus pada pencarian sumber daya terbarukan. Hal ini menjadikan lignin sebagai alternatif yang sangat menjanjikan.
Lignin penuh dengan energi tinggi tetapi mengambil energi ini rumit dan proses yang mahal dan dengan demikian bahkan biofuel yang dihasilkan sebagai hasil akhirnya umumnya sangat mahal dan tidak dapat secara ekonomis menggantikan “energi transportasi” yang saat ini digunakan. Banyak pendekatan telah diteliti untuk mengembangkan cara yang hemat biaya untuk memecah lignin dan mengubahnya menjadi bahan kimia yang berharga. Namun, beberapa keterbatasan telah membatasi konversi bahan tanaman sentuh seperti lignin untuk digunakan sebagai sumber energi alternatif atau bahkan mencoba membuatnya lebih hemat biaya. Sebuah studi baru-baru ini telah berhasil merekayasa bakteri (E. Coli) untuk bertindak sebagai pabrik sel biokonversi yang efisien dan produktif. bakteri tumbuh dan berlipat ganda dengan sangat cepat dan mereka mampu menahan proses industri yang keras. Informasi ini digabungkan dengan pemahaman tentang pengurai lignin yang tersedia secara alami. Karya tersebut diterbitkan di Prosiding National Academy of Science USA.
Tim peneliti yang dipimpin oleh Dr Seema Singh di Sandia National Laboratories memecahkan tiga masalah utama yang dihadapi dalam mengubah lignin menjadi bahan kimia platform. Kendala besar yang pertama adalah itu bakteri E.Coli umumnya tidak menghasilkan enzim yang dibutuhkan untuk konversi. Para ilmuwan cenderung memecahkan masalah pembuatan enzim ini dengan menambahkan “induser” pada cincin fermentasi. Induser ini efektif namun sangat mahal sehingga tidak sesuai dengan konsep biorefineries. Para peneliti mencoba konsep dimana senyawa turunan lignin seperti vanila digunakan sebagai substrat dan juga penginduksi dengan merekayasa bakteri E.Coli. Hal ini akan menghilangkan kebutuhan akan induser yang mahal. Meskipun demikian, seperti yang ditemukan oleh kelompok tersebut, vanila bukanlah pilihan yang baik terutama karena setelah lignin terurai, vanila diproduksi dalam jumlah besar dan mulai menghambat fungsi E.Coli yaitu vanila mulai menimbulkan toksisitas. Namun hal ini menguntungkan mereka ketika mereka merekayasanya bakteri. Dalam skenario baru, bahan kimia yang sangat beracun bagi E.Coli digunakan untuk memulai proses kompleks “valorisasi lignin”. Setelah vanila hadir, ia mengaktifkan enzim dan bakteri mulai mengubah vanilin menjadi katekol, yang merupakan bahan kimia yang diinginkan. Selain itu, jumlah vanilin tidak pernah mencapai tingkat racun karena diatur secara otomatis dalam sistem saat ini. Masalah ketiga dan terakhir adalah efisiensi. Sistem konversinya lambat dan pasif sehingga para peneliti mencari transporter yang lebih efektif dari bakteri lain dan merekayasanya menjadi E. Coli yang kemudian mempercepat prosesnya. Mengatasi masalah toksisitas dan efisiensi dengan solusi inovatif dapat membantu menjadikan produksi biofuel menjadi proses yang lebih ekonomis. Dan, penghapusan faktor pemicu eksternal serta penerapan pengaturan otomatis dapat lebih mengoptimalkan proses pembuatan biofuel.
Telah diketahui dengan baik bahwa setelah lignin dipecah, ia memiliki kemampuan untuk menyediakan atau lebih tepatnya "memberikan" bahan kimia platform yang berharga yang kemudian dapat diubah menjadi nilon, plastik, obat-obatan dan produk penting lainnya yang saat ini berasal dari minyak bumi, non -sumber energi terbarukan. Kajian ini relevan sebagai langkah menuju penelitian dan pengembangan solusi hemat biaya untuk biofuel dan bioproduksi. Dengan menggunakan teknologi bioengineering, kami dapat memproduksi sejumlah besar bahan kimia platform dan beberapa produk akhir baru lainnya, tidak hanya dengan bakteri E.Coli tetapi juga dengan inang mikroba lainnya. Penelitian masa depan penulis akan fokus pada menunjukkan produksi ekonomis dari produk ini. Penelitian ini memiliki dampak besar pada proses pembangkitan energi dan perluasan berbagai kemungkinan untuk produk hijau. Penulis berkomentar bahwa dalam waktu dekat lignoselulosa pasti akan melengkapi minyak bumi jika tidak menggantikannya.
***
Sumber (s)
Wu W dkk. 2018. Menuju Rekayasa E. coli dengan sistem autoregulasi untuk valorisasi lignin', Prosiding National Academy of Sciences. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
***
 monomers.){kind=link}