より持続可能な方法で物体を打ち上げる試みとして、研究者たちはバクテリアを誘導してピネンと呼ばれる非常に可燃性の高い化合物を生成させました。針葉樹は樹脂中にこの物質を自然に排出し、独特の香りの一部を形成しています。ピネン*は、商業および軍事打ち上げに広く使用されている液体ロケット燃料JP-10と特性が匹敵することもあります。
つまり、近い将来、上空を飛ぶロケットやミサイルが松の木のような匂いの排気ガスを噴き出すことになるかもしれないのだ。
JP-10をはじめとする高エネルギー密度ロケット燃料は石油由来で、安価ではありません。（JP-10の価格は1ガロンあたり約25ドルで、石油需要の増加に伴い上昇しています。）一方、現在市場に出回っている従来のロケット燃料に匹敵するバイオ燃料は存在しません。例えば、トウモロコシ由来のエタノールはガソリンをほぼ代替できるものの、より高エネルギーの後者の燃料でさえ、1ガロンあたりの出力はJP-10よりも約20%低いのです。
ロケットに適合するバイオ燃料の画期的な進歩は2011年に訪れました。海軍が2つのピネン分子を結合（二量化）させ、JP-10に似た特性を持つ燃料を生成する化学物質を発見したのです。しかし、少量のピネンを抽出するために松林を伐採するのは現実的ではないため、研究者たちはそれ以来、代替生産方法を模索してきました。
ジョージア工科大学と米国エネルギー省の合同バイオエネルギー研究所による共同研究は、海軍の研究成果を基に、ピネン合成を細菌に委ねるというものです。研究チームは、ピネンを組み立てる針葉樹由来のタンパク質を生産する大腸菌を遺伝子操作しました。
ACS Synthetic Biologyで発表された新しい研究に協力したジョージア工科大学の研究者 2 人、スティーブン・サリアとパメラ・ペラルタ・ヤヒヤは、 Popular Science 誌でそのプロセスを 4 つのステップに分解しました。
まず、研究者たちはピネン分子を生成するために、ピネン合成酵素とゲラニル二リン酸合成酵素という2つの酵素群を選んだ。次に、これらの酵素をコードする遺伝子を大腸菌（遺伝子組み換えが最も容易な細菌の一つであるため）のDNAに挿入した。そして、研究チームはこれらの大腸菌を大型発酵槽で培養した。「ビールの醸造方法と非常に似ている」とペラルタ＝ヤヒヤ氏は述べた。ピネンの醸造が完了すると、海軍が発見した化学物質を用いてピネン分子を二量化し、ロケット燃料へと変換した。*
この新しい細菌を用いたピネン製造法は、他の生物学的プロセスよりも6倍も優れていますが、収率は依然として非常に低いです。「現時点では理論収率の約1%です」とペラルタ＝ヤヒヤ氏は述べました。「商業的に競争力を持つためには、理論収率の約26%に到達する必要があります。」
現在、研究チームにとって最大の課題はピネン合成酵素そのものです。この酵素の産物であるピネンと、そのパートナーであるゲラニル二リン酸合成酵素は、どちらもピネン生成活性を阻害します。ペラルタ＝ヤヒヤ氏によると、この問題を解決するには2つの方法があります。新しい種類のピネン合成酵素を設計するか、ゲラニル二リン酸合成酵素の濃度を下げるかのどちらかです。
今のところ、研究チームは両方の方法を試しており、エンジンや既存のインフラを変更することなくロケットやミサイルを打ち上げるための、より安価で持続可能な選択肢となる「ドロップイン」バイオ燃料の開発を目指している。
訂正: ピネン二量体はピネンではなく JP-10 と同様の高エネルギー密度を持っています。
訂正：海軍の研究ではピネンの二量化技術が紹介されましたが、研究チームは実験でピネンの二量化を進めませんでした。
