Производство бумаги требует меньше энергии и воды благодаря CRISPR-деревьям

Целлюлозу, сырье для бумаги, легко получить из генетически модифицированных тополей. Это делает производство бумаги более энергоэффективным.

Генетическая модификация деревьев с использованием технологии CRISPR-Cas может значительно сократить потребление энергии в бумажной промышленности.

Биолог говорит, что для изготовления бумаги требуется много воды и энергии Джек Ван из Университета штата Северная Каролина, США. В 2021 году углеродный след бумажной промышленности составит 190 млн тонн. Ожидается, что эти выбросы будут увеличиваться только до 2030 года, поскольку производство бумаги продолжает расти.

лигнин

Одним из наиболее энергоемких этапов производственного процесса является удаление лигнина из древесины. В структуре древесины лигнин связан с целлюлозой, молекулой, из которой состоит бумага. Чтобы разделить их, требуется высокое давление, температура и много воды.

Ван, коллега-биолог Рудольф Баранго Их коллеги задались вопросом, могут ли они генетически модифицировать деревья, чтобы они содержали меньше лигнина. Они специально смотрели на тополя, обычно используемое бумажное дерево. Это нужно делать с осторожностью, потому что лигнин также играет важную роль в «структуре, целостности и устойчивости деревьев», — говорит Баранго.

фильтр

Чтобы создать такое модифицированное дерево, исследователи использовали искусственный интеллект (ИИ), который проанализировал геном тополя. Этот процесс машинного обучения привел к набору генов, которые исследователи могли модифицировать с помощью CRISPR-Cas. Программа показала 69 123 способа модификации 21 гена.

Исследователи отфильтровали эту массу вариантов, изучив, какие генетические модификации имеют наилучшие шансы уменьшить количество лигнина в тополях, не делая дерево слишком уязвимым. Только 0,5 процента вариантов прошли эту процедуру отбора. Из них исследователи выбрали семь наиболее надежных вариантов. В конце концов, они разработали 174 различных сорта тополя CRISPR-Cas.

Через шесть месяцев группа обнаружила, что концентрация лигнина в модифицированных деревьях достигает 49%. процентов меньше, чем у обычных тополей, Они пишут в журнале Science.

Коммерческое использование

«Поскольку изменение климата становится все более заметным, потенциально конкретное и практическое решение, подобное этому, для уменьшения углеродного следа бумажной промышленности, очень интересно», — говорит Ван.

По словам Баранго, тополя растут уже год, и, похоже, структурных проблем у них нет. Исследователи планируют посадить в лесу несколько деревьев, чтобы изучить долгосрочные последствия редактирования генов. Они также работают над применением той же техники к другим видам лиственных деревьев.

«Это может стать началом совершенно новой эры устойчивых лесов», — говорит Баранго. Ван надеется, что через двадцать лет деревья будут широко использоваться в коммерческих целях.