Форматот може да се смета за основа на јаглеродно неутрална биоекономија, произведен од CO2 со употреба на (електро)хемиски методи и претворен во производи со додадена вредност со употреба на ензимски каскади или инженерски создадени микроорганизми. Важен чекор во проширувањето на асимилацијата на синтетичкиот формат е неговата термодинамички комплексна редукција на формалдехид, кој овде се појавува како промена на жолтата боја. Заслуга: Институт за копнена микробиологија Макс Планк/Гајзел.
Научниците од Институтот Макс Планк создадоа синтетички метаболички пат кој го претвора јаглерод диоксидот во формалдехид со помош на мравја киселина, нудејќи јаглеродно неутрален начин за производство на вредни материјали.
Новите анаболни патишта за фиксација на јаглерод диоксид не само што помагаат во намалувањето на нивоата на јаглерод диоксид во атмосферата, туку можат да го заменат и традиционалното хемиско производство на фармацевтски производи и активни состојки со јаглеродно неутрални биолошки процеси. Ново истражување покажува процес со кој мравјата киселина може да се користи за претворање на јаглерод диоксидот во материјал вреден за биохемиската индустрија.
Со оглед на зголемувањето на емисиите на стакленички гасови, секвестрацијата на јаглерод или секвестрацијата на јаглерод диоксид од големи извори на емисии е итно прашање. Во природата, асимилацијата на јаглерод диоксид се одвива милиони години, но неговата моќ е далеку од доволна за да ги компензира антропогените емисии.
Истражувачите предводени од Тобијас Ерб од Институтот за копнена микробиологија, Макс Планк, користат природни алатки за да развијат нови методи за фиксирање на јаглерод диоксид. Тие сега успеаја да развијат вештачки метаболички пат кој произведува високо реактивен формалдехид од мравја киселина, можен меѓупроизвод во вештачката фотосинтеза. Формалдехидот може директно да влезе во неколку метаболички патишта за да формира други вредни супстанции без никакви токсични ефекти. Како и кај природниот процес, потребни се две главни состојки: енергија и јаглерод. Првата може да се обезбеди не само преку директна сончева светлина, туку и преку електрична енергија - на пример, сончеви модули.
Во вредносниот синџир, изворите на јаглерод се варијабилни. Јаглерод диоксидот не е единствената опција овде, туку зборуваме за сите поединечни јаглеродни соединенија (градежни блокови C1): јаглерод моноксид, мравја киселина, формалдехид, метанол и метан. Сепак, речиси сите овие супстанции се многу токсични, како за живите организми (јаглерод моноксид, формалдехид, метанол) така и за планетата (метан како стакленички гас). Дури откако мравјата киселина ќе се неутрализира до нејзиниот основен формат, многу микроорганизми толерираат нејзини високи концентрации.
„Мравјата киселина е многу ветувачки извор на јаглерод“, нагласува Марен Натерман, прв автор на студијата. „Но, нејзиното претворање во формалдехид ин витро е многу енергетски интензивно.“ Ова е затоа што форматот, солта на форматот, не се претвора лесно во формалдехид. „Постои сериозна хемиска бариера помеѓу овие две молекули и пред да можеме да спроведеме вистинска реакција, мора да ја надминеме со помош на биохемиска енергија - АТП.“
Целта на истражувачите беше да најдат поекономичен начин. На крајот на краиштата, колку помалку енергија е потребна за внесување јаглерод во метаболизмот, толку повеќе енергија може да се искористи за стимулирање на растот или производството. Но, во природата не постои таков начин. „Откривањето на таканаречените хибридни ензими со повеќекратни функции бараше одредена креативност“, вели Тобијас Ерб. „Сепак, откривањето на кандидатските ензими е само почеток. Зборуваме за реакции што можат да се бројат заедно бидејќи се многу бавни - во некои случаи, има помалку од една реакција во секунда по ензим. Природните реакции можат да се одвиваат со брзина што е илјада пати побрзо.“ Тука влегува во игра синтетичката биохемија, вели Марен Натерман: „Ако ја знаете структурата и механизмот на ензимот, знаете каде да интервенирате. Тоа беше од голема корист.“
Оптимизацијата на ензимите вклучува неколку пристапи: специјализирана размена на градежни блокови, генерирање на случајни мутации и селекција на капацитет. „И форматот и формалдехидот се многу погодни бидејќи можат да навлезат во клеточните ѕидови. Можеме да додадеме формат во медиумот за клеточна култура, кој произведува ензим кој го претвора добиениот формалдехид во нетоксична жолта боја по неколку часа“, рече Марен. Објасни Натерман.
Резултатите во толку краток временски период не би биле можни без употребата на методи со висок проток. За да го направат ова, истражувачите соработуваа со индустрискиот партнер Фесто во Еслинген, Германија. „По околу 4.000 варијации, го зголемивме нашиот принос за четири пати“, вели Марен Натерман. „Така, создадовме основа за раст на моделот микроорганизам E. coli, микробниот работен коњ на биотехнологијата, на мравја киселина. Сепак, во моментов, нашите клетки можат да произведуваат само формалдехид и не можат понатаму да се трансформираат.“
Во соработка со неговиот соработник Себастијан Винк од Институтот за молекуларна физиологија на растенијата. Истражувачите на Макс Планк моментално развиваат сој што може да апсорбира меѓупроизводи и да ги воведе во централниот метаболизам. Во исто време, тимот спроведува истражување за електрохемиската конверзија на јаглерод диоксид во мравја киселина со работна група во Институтот за конверзија на хемиска енергија. Макс Планк под раководство на Валтер Лајтнер. Долгорочната цел е „платформа што одговара на сите“ од јаглерод диоксид произведен со електробиохемиски процеси до производи како што се инсулин или биодизел.
Референца: Марен Натерман, Себастијан Венк, Паскал Пфистер, Хаи Хе, Сеунг Хванг Ли, Витолд Шимански, Нилс Гунтерман, Фајинг Жу „Развој на нова каскада за конверзија на фосфатно-зависен формат во формалдехид in vitro и in vivo“, Ленарт Никел., Шарлот Валнер, Јан Зарзицки, Никол Пачија, Нина Гајзерт, Џанкарло Франсио, Валтер Лајтнер, Рамон Гонзалез и Тобијас Џ. Ерб, 9 мај 2023 година, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: Дом на најдобрите технолошки вести од 1998 година. Бидете во тек со најновите технолошки вести преку е-пошта или социјални медиуми. > Е-пошта со бесплатна претплата
Истражувачите од лабораториите „Колд Спринг Харбор“ откриле дека SRSF1, протеин кој го регулира спојувањето на РНК, е зголемено регулиран во панкреасот.