اکنون یک مسیر امیدوارکننده برای رسیدن به این ماده پتروشیمیایی، از طریق یک باکتری فتوسنتزکننده است که از لحاظ ژنتیکی برای تبدیل نورخورشید و دی اکسید کربن به اتیلن تخصصی شده است. اما قبل از اینکه این صنعت بتواند تولید انبوه را اغاز کند محققان باید ابتدا بر برخی موانع متابولیکی در مورد تولید اتیلن غلبه کنند.

یک تیم تحقیقاتی به رهبری آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) پیشرفت‌های مهمی را در جهت رمزگشایی مسیر آنزیم فتوسنتزی انجام داد. در مقاله ای از Nature Communications با عنوان "آنزیم تجزیه کننده گوانیدین، پایداری سیانوباکتری های تولید کننده اتیلن را کنترل می کند"، محققان کشف و مشاهدات خود را گزارش کردند که یک ژن خاص می تواند باعث ایجاد پایداری در باکتری های تولید کننده اتیلن شود. کشف آنها یک پیشرفت قابل قبول است، زیرا تلاش های گذشته برای استفاده از این مسیر تولید اتیلن منجر به ناپایداری ژنتیکی در باکتری ها می شد.

مانع بزرگ در این مسیر برای تولید اتیلن فتوسنتزی که از خود ارگانیسم نشات می گیرد، تولید یک محصول جانبی سمی همراه با اتیلن است. با این روش جدید می توان با این محصول جانبی سمی با استفاده از یک تکنیک ژنتیکی مقابله کرد.

گوانیدین: یک مهمان ناخوانده در تولید اتیلن مبتنی بر انرژی خورشیدی

رویکرد مورد نظر محققان ساده است: ربودن ژن برای تولید اتیلن از یک پاتوژن معمول گیاهی (Pseudomonas Syringae، باکتری که باعث ایجاد لکه‌های قهوه‌ای روی برگ‌ها می‌شود) و استفاده از آن ژن در سیانوباکتری که از فتوسنتز برای انرژی استفاده می‌کند. اگر همه چیز به درستی پیش رود، سیانوباکتری ها سپس تشعشعات خورشیدی وCO₂ را به اتیلن تبدیل می کنند. در واقع،  این روش کارآمدتر از هر مسیر بیولوژیکی دیگری است. اما در عوض، سیانوباکتری ها به آرامی از بین می روند. محققان نشان دادند که مسیر ژنی معرفی‌شده گوانیدین را تولید می‌کند، سمی که ناپایداری ژنتیکی را در سیانوباکتری‌ها ایجاد می‌کند. هدف درک منبع سمیت گوانیدین در این مسیر و چگونگی خنثی کردن آن توسط سلول هاست. برای این منظور ما یک رویکرد کاملا قانع کننده داریم. گوانیدین باعث اختلال در متابولیسم رنگدانه در سلول‌های سیانوباکتری می‌شود. خوشبختانه، سیانوباکتری خاص مورد علاقه دانشمندان -6803 Synechocystis  - می تواند گوانیدین را تجزیه کند.بنابراین ترفند این است که با استفاده از مکانیسم ژنتیکی و قرار دادن آن در سلول های سیانوباکتری بتوانیم منجر به تولید اتیلن بدون مزاحم شویم.

در سیانوباکتری دیگر -7942Synechococcus گونه مورد علاقه دیگر دانشمندان مهندسی شد - تیم تحقیقاتی ارزیابی کردند که آیا این ژن همان توانایی را برای تجزیه گوانیدین دارد یا خیر. مطمئناً، درست مانند گونه های اول، سیانوباکتریوم اصلاح شده می تواند گوانیدین را متابولیزه کند، در نتیجه از مشکلات ژنتیکی جلوگیری کرده و تولید مداوم اتیلن را ممکن می سازد. برای هر دو ارگانیسم، این ژن به طور موثر گوانیدین را خنثی کرده و این ماده شیمیایی سمی را به اوره و آمونیاک بی ضرر تبدیل کرد.

فرصتی برای یک جایگزین شیمیایی تمیز

اتیلن تولید شده به صورت بیولوژیکی برای انرژی پاک سودی مضاعف دارد – CO2 را بازیافت می کند و مواد اولیه فسیلی را که صنعت در حال حاضر به آن وابسته است، جایگزین می کند. در مقایسه با سایر مسیرهای بیولوژیکی، که از زیست توده گیاهی به عنوان ماده اولیه استفاده می‌کنند، روشی که در این کار دنبال می‌شود مستقیماً از خورشید تغذیه می‌شود .

با این روش، امید برای تولید لوله های PVC زیستی برای آب تمیز وجود دارد. این کار امکان افزایش تولید بیواتیلن را با پاکسازی موانع بیولوژیکی خاص نشان می دهد. تحقیقات آینده می‌تواند آنزیم‌های تجزیه‌کننده گوانیدین را حتی کارآمدتر ایجاد کند، احتمالاً از طریق تکامل همان ژنی که در این مطالعه توضیح داده شد. در حال حاضر، کار این تیم، دانش متابولیسم گوانیدین در طبیعت را ارتقا می دهد و یک رویکرد کاربردی برای افزایش تولید اتیلن را نشان می دهد.